Kas ir cilmes šūnas un ko tās dara?
Šūnām organismā ir specifiski mērķi, bet cilmes šūnas ir šūnas, kurām vēl nav īpašas lomas, un tās var kļūt gandrīz par visām nepieciešamajām šūnām.
Cilmes šūnas ir nediferencētas šūnas, kas var pārvērsties par īpašām šūnām, jo ķermenim tās ir vajadzīgas.
Zinātnieki un ārsti ir ieinteresēti cilmes šūnās, jo tie palīdz izskaidrot, kā darbojas dažas ķermeņa funkcijas un kā tās dažreiz kļūdās.
Cilmes šūnas arī parāda solījumu ārstēt dažas slimības, kuras pašlaik nav ārstējamas.
Cilmes šūnu avoti
Cilmes šūnas rodas no diviem galvenajiem avotiem: pieaugušiem ķermeņa audiem un embrijiem. Zinātnieki arī strādā pie veidiem, kā attīstīt cilmes šūnas no citām šūnām, izmantojot ģenētiskās “pārprogrammēšanas” metodes.
Pieaugušo cilmes šūnas
Cilmes šūnas var pārvērsties par jebkura veida šūnām, pirms tās diferencējas.
Cilvēka ķermenis satur cilmes šūnas visā dzīves laikā. Ķermenis var izmantot šīs cilmes šūnas, kad vien tas nepieciešams.
Sauktas arī par audiem specifiskām vai somatiskām cilmes šūnām, pieaugušo cilmes šūnas visā ķermenī pastāv no embrija attīstības brīža.
Šūnas atrodas nespecifiskā stāvoklī, taču tās ir vairāk specializētas nekā embrija cilmes šūnas. Viņi paliek šajā stāvoklī, līdz ķermenim tie ir vajadzīgi noteiktam mērķim, teiksim, kā ādas vai muskuļu šūnas.
Ikdienas dzīvošana nozīmē, ka ķermenis pastāvīgi atjauno savus audus. Dažās ķermeņa daļās, piemēram, zarnās un kaulu smadzenēs, cilmes šūnas regulāri sadalās, lai iegūtu jaunus ķermeņa audus uzturēšanai un labošanai.
Cilmes šūnas atrodas dažāda veida audos. Zinātnieki ir atraduši cilmes šūnas audos, tostarp:
- smadzenes
- kaulu smadzenes
- asinis un asinsvadi
- skeleta muskuļi
- āda
- aknas
Tomēr cilmes šūnas var būt grūti atrast. Viņi var palikt nedalīti un nespecifiski gadiem ilgi, līdz ķermenis tos uzaicina labot vai audzēt jaunus audus.
Pieaugušas cilmes šūnas var dalīties vai atjaunoties bezgalīgi. Tas nozīmē, ka viņi no izcelsmes orgāna var ģenerēt dažādus šūnu veidus vai pat pilnībā atjaunot sākotnējo orgānu.
Šis sadalījums un reģenerācija ir tas, kā dziedē ādas brūce vai kā orgāns, piemēram, aknas, var pats atjaunoties pēc bojājumiem.
Agrāk zinātnieki uzskatīja, ka pieaugušo cilmes šūnas var atšķirt tikai pēc to izcelsmes audiem. Tomēr daži pierādījumi tagad liecina, ka tie var atšķirties, lai kļūtu arī par citiem šūnu tipiem.
Embrionālās cilmes šūnas
Jau pašā agrīnā grūtniecības stadijā pēc spermas apaugļošanas olšūnā veidojas embrijs.
Apmēram 3–5 dienas pēc spermas apaugļošanas olšūnā embrijs izpaužas kā blastocista vai šūnu bumba.
Blastocista satur cilmes šūnas, un vēlāk tā tiks implantēta dzemdē. Embrionālās cilmes šūnas nāk no blastocistas, kuras vecums ir 4-5 dienas.
Kad zinātnieki ņem cilmes šūnas no embrijiem, tie parasti ir papildu embriji, kas rodas in vitro apaugļošanas (IVF) rezultātā.
IVF klīnikās ārsti apaugļo vairākas olšūnas mēģenē, lai nodrošinātu, ka vismaz viena izdzīvo. Pēc tam viņi implantēs ierobežotu skaitu olšūnu, lai sāktu grūtniecību.
Kad sperma apaugļo olšūnu, šīs šūnas apvienojas, veidojot vienu šūnu, ko sauc par zigotu.
Pēc tam šī vienšūnas zigota sāk dalīties, veidojot 2, 4, 8, 16 šūnas utt. Tagad tas ir embrijs.
Drīz un pirms embrija implantēšanas dzemdē šī aptuveni 150–200 šūnu masa ir blastocista. Blastocista sastāv no divām daļām:
- ārējā šūnu masa, kas kļūst par placentas daļu
- iekšējā šūnu masa, kas attīstīsies cilvēka ķermenī
Iekšējā šūnu masa ir vieta, kur atrodamas embrija cilmes šūnas. Zinātnieki sauc šīs totipotentās šūnas. Termins totipotents attiecas uz faktu, ka tiem ir kopējs potenciāls attīstīties jebkurā ķermeņa šūnā.
Pareizi stimulējot, šūnas var kļūt par asins šūnām, ādas šūnām un visiem citiem šūnu veidiem, kas nepieciešami ķermenim.
Grūtniecības sākumā blastocistas stadija turpinās apmēram 5 dienas pirms embrija implantēšanas dzemdē vai dzemdē. Šajā posmā cilmes šūnas sāk diferencēties.
Embrionālās cilmes šūnas var diferencēties vairāk šūnu tipos nekā pieaugušo cilmes šūnas.
Mesenchimālās cilmes šūnas (MSC)
MSC nāk no saistaudiem vai stromām, kas ieskauj ķermeņa orgānus un citus audus.
Zinātnieki ir izmantojuši MSC, lai izveidotu jaunus ķermeņa audus, piemēram, kaulus, skrimšļus un tauku šūnas. Kādreiz viņiem var būt nozīme dažādu veselības problēmu risināšanā.
Inducētas pluripotentās cilmes šūnas (iPS)
Zinātnieki tos izveido laboratorijā, izmantojot ādas šūnas un citas audiem specifiskas šūnas. Šīs šūnas izturas līdzīgi kā embrija cilmes šūnas, tāpēc tās varētu būt noderīgas dažādu terapiju izstrādei.
Tomēr ir vajadzīgi vairāk pētījumu un attīstības.
Lai audzētu cilmes šūnas, zinātnieki vispirms iegūst paraugus no pieaugušiem audiem vai embrija. Pēc tam viņi ievieto šīs šūnas kontrolētā kultūrā, kur tās sadalīsies un pavairos, bet vairs nespecializēsies.
Cilmes šūnas, kas dalās un vairojas kontrolētā kultūrā, sauc par cilmes šūnu līniju.
Pētnieki cilmes šūnu līnijas pārvalda un koplieto dažādiem mērķiem. Viņi var stimulēt cilmes šūnas specializēties noteiktā veidā. Šis process ir pazīstams kā virzīta diferenciācija.
Līdz šim lielu skaitu embrija cilmes šūnu ir bijis vieglāk audzēt nekā pieaugušo cilmes šūnas. Tomēr zinātnieki gūst panākumus ar abiem šūnu tipiem.
Cilmes šūnu veidi
Pētnieki cilmes šūnas iedala kategorijās atbilstoši to spējai diferencēties citu veidu šūnās.
Embrija cilmes šūnas ir visspēcīgākās, jo viņu uzdevums ir kļūt par visiem ķermeņa šūnām.
Pilna klasifikācija ietver:
Totipotents: šīs cilmes šūnas var diferencēties visos iespējamos šūnu tipos. Pirmās šūnas, kas parādās, kad zigota sāk dalīties, ir totipotentas.
Pluripotents: šīs šūnas var pārvērsties gandrīz jebkurā šūnā. Šūnas no agrīnā embrija ir pluripotentas.
Multipotents: Šīs šūnas var diferencēties cieši saistītā šūnu ģimenē. Piemēram, pieaugušo asinsrades cilmes šūnas var kļūt par sarkanajām un baltajām asins šūnām vai trombocītiem.
Oligopotents: tie var diferencēties dažos dažādos šūnu tipos. Pieaugušo limfoīdās vai mieloīdās cilmes šūnas to var izdarīt.
Unipotents: tie var ražot tikai viena veida šūnas, kas ir viņu pašu tips. Tomēr tās joprojām ir cilmes šūnas, jo tās var atjaunoties. Piemēri ietver pieaugušo muskuļu cilmes šūnas.
Embrija cilmes šūnas tiek uzskatītas par pluripotentām, nevis totipotentām, jo tās nevar kļūt par daļu no ārpus embrija membrānām vai placentas.
Izmanto
Cilmes šūnas pašas nekalpo nevienam mērķim, bet ir svarīgas vairāku iemeslu dēļ.
Pirmkārt, ar pareizu stimulāciju daudzas cilmes šūnas var uzņemties jebkura veida šūnu lomu, un pareizos apstākļos tās var atjaunot bojātos audus.
Šis potenciāls varētu glābt cilvēku dzīvības vai labot brūces un audu bojājumus cilvēkiem pēc slimības vai traumas. Zinātnieki redz daudzus iespējamos cilmes šūnu izmantošanas veidus.
Audu atjaunošana
Audu reģenerācija, iespējams, ir vissvarīgākā cilmes šūnu izmantošana.
Līdz šim personai, kurai vajadzēja, piemēram, jaunu nieri, bija jāgaida donors un pēc tam jāveic transplantācija.
Donoru orgānu trūkst, taču, uzdodot cilmes šūnas noteiktā veidā diferencēties, zinātnieki tos varētu izmantot, lai audzētu noteiktu audu tipu vai orgānu.
Piemēram, ārsti jau ir izmantojuši cilmes šūnas tieši zem ādas virsmas, lai izveidotu jaunus ādas audus. Pēc tam viņi var izlabot smagu apdegumu vai citu traumu, potējot šos audus uz bojāto ādu, un jauna āda ataugs.
Sirds un asinsvadu slimību ārstēšana
2013. gadā Masačūsetsas vispārējās slimnīcas pētnieku grupa ziņoja PNAS Early Edition ka viņi laboratorijas pelēs ir izveidojuši asinsvadus, izmantojot cilvēka cilmes šūnas.
2 nedēļu laikā pēc cilmes šūnu implantēšanas bija izveidojušies asins pārliešanas trauku tīkli. Šo jauno asinsvadu kvalitāte bija tikpat laba kā tuvumā esošajiem dabiskajiem.
Autori cerēja, ka šāda veida tehnika galu galā varētu palīdzēt ārstēt cilvēkus ar sirds un asinsvadu un asinsvadu slimībām.
Smadzeņu slimību ārstēšana
Kādu dienu ārsti, iespējams, varēs izmantot aizstājošās šūnas un audus smadzeņu slimību, piemēram, Parkinsona un Alcheimera, ārstēšanai.
Piemēram, Parkinsona slimības gadījumā smadzeņu šūnu bojājumi izraisa nekontrolētas muskuļu kustības. Zinātnieki varētu izmantot cilmes šūnas, lai papildinātu bojātos smadzeņu audus. Tas varētu atgriezt specializētās smadzeņu šūnas, kas aptur nekontrolētas muskuļu kustības.
Pētnieki jau ir mēģinājuši diferencēt embrija cilmes šūnas šāda veida šūnās, tāpēc ārstēšana ir daudzsološa.
Šūnu deficīta terapija
Zinātnieki cer, ka kādu dienu laboratorijā izdosies attīstīt veselīgas sirds šūnas, kuras tās var pārstādīt cilvēkiem ar sirds slimībām.
Šīs jaunās šūnas varētu novērst sirds bojājumus, atkārtoti apdzīvojot sirdi ar veseliem audiem.
Tāpat cilvēki ar I tipa cukura diabētu varētu saņemt aizkuņģa dziedzera šūnas, lai aizstātu insulīnu ražojošās šūnas, kuras viņu pašu imūnsistēma ir pazaudējusi vai iznīcinājusi.
Vienīgā pašreizējā terapija ir aizkuņģa dziedzera transplantācija, un transplantācijai ir pieejamas ļoti maz aizkuņģa dziedzera.
Asins slimību ārstēšana
Tagad ārsti parasti izmanto pieaugušo hematopoētiskās cilmes šūnas, lai ārstētu tādas slimības kā leikēmiju, sirpjveida šūnu anēmiju un citas imūndeficīta problēmas.
Hematopoētiskās cilmes šūnas rodas asinīs un kaulu smadzenēs, un tās var radīt visu veidu asins šūnas, ieskaitot sarkanās asins šūnas, kas pārvadā skābekli, un baltās asins šūnas, kas cīnās pret slimībām.
Cilmes šūnu ziedošana vai novākšana
Cilvēki var ziedot cilmes šūnas, lai palīdzētu tuviniekam vai, iespējams, viņu pašu vajadzībām nākotnē.
Ziedojumus var saņemt no šādiem avotiem:
Kaulu smadzenes: Šīs šūnas tiek veiktas vispārējā anestēzijā, parasti no gūžas vai iegurņa kaula. Tad tehniķi uzglabāšanai vai ziedošanai izolē cilmes šūnas no kaulu smadzenēm.
Perifērās cilmes šūnas: cilvēks saņem vairākas injekcijas, kuru rezultātā kaulu smadzenes izdalās cilmes šūnas asinīs. Pēc tam asinis tiek noņemtas no ķermeņa, mašīna atdala cilmes šūnas, un ārsti asinis atgriežas ķermenī.
Nabassaites asinis: cilmes šūnas pēc dzemdībām var novākt no nabassaites, nekaitējot bērnam. Daži cilvēki ziedo nabassaites asinis, bet citi tās uzglabā.
Šī cilmes šūnu savākšana var būt dārga, taču nākotnes vajadzībām ir šādas priekšrocības:
- cilmes šūnas ir viegli pieejamas
- mazāka iespēja, ka transplantētie audi tiek noraidīti, ja tie nāk no saņēmēja ķermeņa
Pētījumi un zinātniski atklājumi
Cilmes šūnas ir noderīgas ne tikai kā potenciālās terapijas, bet arī pētījumu vajadzībām.
Piemēram, zinātnieki ir atklājuši, ka konkrēta gēna ieslēgšana vai izslēgšana var izraisīt tā atšķirību. Zinot to, tas viņiem palīdz izpētīt, kuri gēni un mutācijas izraisa kādas sekas.
Bruņojušies ar šīm zināšanām, viņi, iespējams, varēs atklāt, kas izraisa plašu slimību un slimību klāstu, no kurām dažas vēl nav izārstētas.
Nenormāla šūnu dalīšanās un diferenciācija ir atbildīga par apstākļiem, kas ietver vēzi un iedzimtus traucējumus, kas rodas no dzimšanas. Zinot, kas izraisa šūnu dalīšanos nepareizā veidā, var panākt ārstēšanu.
Cilmes šūnas var palīdzēt arī jaunu zāļu izstrādē. Tā vietā, lai pārbaudītu narkotikas ar brīvprātīgajiem cilvēkiem, zinātnieki var novērtēt, kā zāles ietekmē normālus, veselīgus audus, pārbaudot tos uz audiem, kas audzēti no cilmes šūnām.
Video: kas ir cilmes šūnas?
Noskatieties video, lai uzzinātu vairāk par cilmes šūnām.
Strīdi
Ir bijuši daži strīdi par cilmes šūnu izpēti. Tas galvenokārt attiecas uz darbu ar embrija cilmes šūnām.
Embriju izmantošana cilmes šūnām
Arguments pret embriju cilmes šūnu izmantošanu ir tāds, ka tas iznīcina cilvēka blastocistu, un apaugļotā olšūna nevar attīstīties par cilvēku.
Mūsdienās pētnieki meklē veidus, kā izveidot vai izmantot cilmes šūnas, kurās nav iesaistīti embriji.
Cilvēku un dzīvnieku sajaukšana
Cilmes šūnu izpēte bieži ietver cilvēka šūnu ievietošanu dzīvniekos, piemēram, pelēs vai žurkās. Daži cilvēki apgalvo, ka tas varētu radīt organismu, kas ir daļa no cilvēka.
Dažās valstīs ir aizliegts ražot embrija cilmes šūnu līnijas. Amerikas Savienotajās Valstīs zinātnieki var izveidot vai strādāt ar embrija cilmes šūnu līnijām, taču ir nelikumīgi izmantot federālos līdzekļus, lai pētītu cilmes šūnu līnijas, kas tika izveidotas pēc 2001. gada augusta.
Cilmes šūnu terapija un FDA regulēšana
Daži cilvēki jau piedāvā “cilmes šūnu terapiju” dažādiem mērķiem, piemēram, pretnovecošanas procedūrām.
Tomēr lielākajai daļai šo lietojumu nav apstiprināta ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA). Daži no tiem var būt nelikumīgi, bet citi - bīstami.
Ikvienam, kurš apsver cilmes šūnu ārstēšanu, jāpārbauda pakalpojumu sniedzējam vai FDA, vai produktam ir apstiprinājums un vai tas ir izgatavots tādā veidā, kas atbilst FDA drošības un efektivitātes standartiem.
