Plasticita kmenových buněk a buněčná terapie

Kmenové buňky jsou odpovědné za vznik a udržování terminálně diferencovaných buněčných populací v tkáních, které se kontinuálně obnovují. Existence a obnova tkání je nemyslitelná bez kmenových buněk, znamená to, že kmenové buňky se jako unikátní buněčná populace uplatnily a osvědčily v časných fázích evoluce při formování mnohobuněčných organismů (1). Až dosud se předpokládalo, že vlastnost nazvaná „plasticita“ umožňuje určitým zralým kmenovým buňkám, aby produkovaly fixní typy potomstva a jejich změnu, když se dostaly na jiné místo a tam vytvářely specializované skupiny buněk hodících se k jejich novému umístění v niche. K reprogramování některých zralých kmenových buněk může dojít in vivo – kmenové buňky normálně sídlící v kostní dřeni se zdají být zvláště flexibilní a jsou schopné užitečně přispívat v regeneraci mnoha orgánům příjemcům (2). Tento proces produkuje buňky se specializovanou strukturální a metabolickou adaptací, která vyhovuje jejich novým lokacím. Některé studie poskytují důkaz, že reprogramované buňky expandují lokálně, ale většinou přicházejí a rediferencují se, ale již to nejsou kmenové buňky. Nicméně skutečnost, že vhodně diferencované buňky jsou dopraveny hluboko do orgánů jednoduše injekcí kostní dřeně, by nás měla přimět, abychom přemýšleli jinak o způsobu jak se orgány regenerují a obnovují. Je možné, že v dospělých organismech existují pro kmenové buňky migrační dráhy, které by mohly být využity, aby ovlivnily regeneraci jednotlivce jeho vlastními buňkami, možná po genové terapii. Logické rozšíření této koncepce je, že transplantovaný orgán ovlivní genetické dispozice (2).
Obecně se přijímá, že každý orgán a každá tkáň v dospělých organismech obsahují malou subpopulaci buněk schopných uchovávat samy sebe, mít nekonečný proliferační potenciál a umožnit vznik velké rodině potomků s definovaným spektrem specializace – multipotentní kmenové buňky (2).
Panuje názor, že kmenové buňky z vnitřní buněčné hmoty (inner cell mass – ICM) blastocyst mají patrně největší rozsah potenciálu. Tyto buňky jsou v podstatě pluripotentní. Existují vážné obavy týkající se použití lidských embryonálních kmenových buněk (ES), ačkoliv již bylo vytvořeno několik tuctů linií. Některé z těchto etických úvah nebudou platit, jestliže multipotenciální buňky budou pocházet od osoby pro niž budou použity. Byly publikovány studie o nukleárním transferu somatických buněk u lidí, při nichž byla generována velmi časná embrya po reprogramování zralých buněčných jader a která byla podporována, aby fungovala v denukleovaném vajíčku (3) Takové techniky by se mohly použít, aby vytvořily kultury multipotentních buněk vhodných pro reparaci vlastních tkání určité osoby (4).
Po mnoho let se odebíraly hemopoetické kmenové buňky pro terapeutické použití, buď jako aspiráty kostní dřeně nebo po mobilizaci a také z pupečníkové krve. Tyto buňky se úspěšně používají při léčbě různých hematologických malignit, aby zreparovali krvetvorbu, která byla poškozená např. zářením nebo chemoterapií. Před 30 lety se myslelo, že to patrně byly cirkulující endotelové prekurzorové buňky, odvozené z kostní dřeně (5). Do nedávné doby se nepřepokládalo, že kostní dřeň může přispět buňkami tkáním v jiných orgánech. Příchod „robustních“ metod pro sledování buněčných linií umožň uje toto přispění identifikovat. Tyto studie odhalily původ jednotlivých buněk v rutinních histologických sekcích tak, že prokázaly přítomnost chromozomů nebo expresi epitopů, o nichž se vědělo, že patří dárci nebo příjemci. Dnes již víme, že jedna věc je zjištění jak cirkulují buňky po transplantaci do jiného orgánu a přijímají některé nebo všechny fenotypické znaky toho orgánu – transdiferenciaci nebo získávají nový fenotyp a něco jiného je prohlašovat, že transplantovaná buňka se stala lokální kmenovou buň kou ve svém novém místě-nice (niche). Teoreticky by demonstrace toho vyžadovala izolaci a transplantaci jednotlivých buněk, které se samy obnovují a produkují rodinu potomků, kteří se možná stanou plně funkční. Tato „robustní“ kriteria byla splněna v jednom nebo ve dvou případech. Avšak, někteří vědci dodávají, že tento jev by měl prokázat, že k němu dochází přirozeně v orgánech, které nebyly přinuceny podstoupit svou degeneraci, to bylo ještě před přijetím názoru, že kmenové buňky přeskočí hranici linie (1,6). Jako protiargument se uvádí, že určitý stupeň poškození orgánu je nutný, aby mohla začít transdiferenciace nebo plasticita kmenových buněk na rozeznatelných úrovních. Možná, že migrace kmenových buněk kostní dřeně v těle působí v podstatě jako podpůrný systém, schopný v extrémní situaci zvětšit vnitřní regenerační kapacitu orgánu. Lokální kompartment kmenových buněk v ledvinách je těžko postižitelný, může to dokonce být tak, že kostní dřeň je kompartment renálních kmenových buněk, „normální“ fyzikální separace hemopoiezy od renální funkce u dospělých savců brání tvorbě nových nefronů, zatímco u některých ryb dochází k hemopoieze v ledvinách a ty mohou vytvářet nové nefrony (7). V jakémkoliv případě, nedostatečné přihojení i bez poškození orgánu nijak nezpochybň uje tvrzení, že k tomu skutečně dochází a je to většinou spojeno s klinicky těžkým poškozením orgánu, s nímž se dá počítat při využití kmenových buněk s transdiferenciačním potenciálem.
Studie na zvířatech a také běžící preklinické studie u lidí ukazují, že transplantací buď derivátů pluripotentních kmenových buněk nebo fetálních buněk lze úspěšně léčit řadu chronických nemocí jako je diabetes, Parkinsonova nemoc, traumatické poranění míchy, Purkyň ova buněčná degenerace, selhání jater, selhání srdce, Duchennova muskulární dystrofie a osteogenesis imperfecta (1,8).

Literatura

1. 
   
2. Filip, S., Mokrý, J., Hruška, I.: Adult stem cells and their importance in cell therapy. Folia Biologica (Praha), 2003, 49, s. 9 -14
   
3. Fuchs, E., Serge, J.: Stem cells: a new lease on life. Cell, 2000, 100, s. 143-155
   
4. Cibelli, J. B., Kiesling, A. A., Cunniff, K., et al.: Somatic cell nuclear embryonic transfer in humans: pronuclear and early embryonic development. e-biomed: J. Regenerative Med., 2001, 2, s. 25-31
   
5. Smith,A.G.: Embryo-derived stem cells: of mice and men. Annu.Rev.Cell. Dev.Biol., 2001, 17, s. 435-462
   
6. Williams, G., Alvarez, C.: Host repopulation of the endothelium in allografts of kidney and aorta. Surg. Forum, 1969, 20, s. 293-294
   
7. Anderson, D., Gage, F., Weissman, I.: Can stem cells cross the lineage barrier? Nature Med., 2001, 7, s. 393-395
   
8. Salice, C. J., Rokous, J. S., Kane, A. S., Reimschuessel, R.: New nephron development in goldfish (Carassius auratus) kidneys following repeated gentamicin-induced nephrotoxicosis. Comp.Med., 2001, 51, s. 56-59
   
9. Odorico, J. S., Kaufman, D. S., Thomson, J. A.: Multilineage differentiation from human embryonic stem cell lines. Stem
   Cells, 19, 2001, s. 193-204 (7)
   

Práce byla podpořena grantem GAČR 304/03/1515 a grantem National Institutes of Health HL 61750