Tüvirakud - tüübid, omadused, rakendus

Tüvirakud näivad oma transformeerimisvõimega olevat imelised ravimid paljude haiguste vastu. Uuri välja, mis on tüvirakud, milliseid haigusi tüvirakkudega praegu ravitakse ja millised on tüvirakkude ravi väljavaated? Kust tuleb spetsialistide skepsis?

Tüvirakkudel on võime transformeeruda teist tüüpi rakkudeks. Tüvirakkude teraapia on kindlasti üks kaasahaaravamaid ja paljulubavamaid mõisteid tänapäeva meditsiinis. Tundub, et nende meditsiiniliste rakenduste loetelu peaks olema lõputu - kahjustatud kudede parandamine, asendusorganite kasvatamine ...

Faktid on aga erinevad. Kuigi tüvirakkude uurimine sai alguse 1960. aastatel, piirdub nende kasutamine seni vaid mõne täpselt määratletud näidustusega.

Tüvirakkude kasutamise kohta on palju ideid, kuid nende kliinilisse kasutamisse viimist piiravad mitmed tegurid, mille hulgas kerkib esile küsimus seda tüüpi ravi ohutuse kohta.

Mis on tüvirakud?

Tüvirakud on inimkeha moodustamiseks hädavajalikud. Varasematel arenguetappidel koosneb inimese embrüo täielikult tüvirakkudest. Aja jooksul toimuvad need muutused, millest saavad alguse kõik inimkeha moodustavad rakuliinid.

Tüvirakkude teine ​​oluline roll on küpse organismi mõnede kudede koloniseerimine ja "ladu" toimimine. Vajadusel suudavad nad transformeeruda antud koe rakkudesse, mis surevad või on kahjustatud. Kuid see on võimalik ainult teatud kudede korral.

Seega on tüvirakud need rakud, millel on võime transformeeruda teisteks, rohkem spetsialiseerunud tüüpi rakkudeks.

Tüvirakkude kõige olulisem omadus, mis eristab neid teistest rakkudest, on nende jagunemine.

Jagunemise ajal võib tüvirakk end eristada, st luua teatud tüüpi tütarrakk (nt lihas-, närvi- või epiteelirakk).

Tüvirakke on erinevat tüüpi, sõltuvalt nende olemusest: mõned võivad transformeeruda mis tahes tütrerakkudeks, teised aga on võimelised tootma ainult teatud tüüpi koe moodustavaid rakke (sellest allpool).

Tüvirakkude teine ​​oluline omadus on seotud ka nende jagunemisega. Tütaraku moodustumise ajal ei kao vanemrakk jäljetult. Jagunemise käigus moodustub veel üks tüvirakk, mis on identne "emarakuga".

Seega on tüvirakkude jagunemise mõju üks tüvirakk ja üks spetsialiseerunud tütarrakk.

Seda mehhanismi nimetatakse enese uuenemiseks. Tänu sellele ei "tüvirakud" "kuluvad" ega lase nende basseini suurusel väheneda.

Tüvirakkude tüübid

Nagu juba mainitud, võivad tüvirakud jagunemisel muunduda teist tüüpi rakkudeks. Kas mõni tüvirakk võib siis muutuda tütrerakuks? No ei.

Tüvirakud jagunevad nelja alarühma, sõltuvalt sellest, kui lai rakkude spekter nende jagunemisest tuleneda võib.

Inimembrüot ehitavad tüvirakud on võimelised tekitama igasuguseid rakuliine. Omakorda võivad mõned tüvirakud, mis asustavad täiskasvanud inimese kudesid, transformeeruda ainult rangelt määratletud tüüpi rakkudeks, mis ehitavad antud koe.

Tüvirakkude jagunemine mitmesuguste tütarrakkude loomise võimaluse tõttu on järgmine:

• totipotentsed tüvirakud

Need on kõige laiema diferentseerumispotentsiaaliga rakud ja võivad transformeeruda mis tahes tüüpi tütarrakkudeks. Totipotentsed rakud moodustavad sigoodi (raku, mis tekib munaraku viljastamisel sperma abil) ja embrüo selle arengu varases staadiumis. Totipotentsetest rakkudest saab luua igasuguseid inimkeha moodustavaid rakke.

• pluripotentsed tüvirakud

Pluripotentsed rakud võivad transformeeruda ka mitut tüüpi rakkudeks. Platsenta rakud on siiski erand. Pluripotentsed rakud moodustavad nn embrüo sõlm, mis on üks embrüo arengu esimesel nädalal moodustunud struktuure.

Loe ka: Loote areng: kuidas lootel areneb nädalast nädalasse

Embrüo sõlme pluripotentsed rakud põhjustavad kolme nn idukihid, millest hiljem arenevad kõik meie organismi koed. Kuigi idukihtide nimed kõlavad pisut keerukalt (ektoderm, mesoderm ja endoderm), on neist moodustunud koed teada kõigile.

Ektoderm toodab nahka ja närvisüsteemi, mesoderm moodustab vereringe- ja lihasluukonna ning endoderm moodustab hingamissüsteemi ja suurema osa seedesüsteemist.

• multipotentsed tüvirakud

Multipotentsed rakud on veidi kitsama diferentseerumispotentsiaaliga tüvirakkude rühm. Kuigi nad suudavad siiski toota mitut tüüpi rakke, on need tavaliselt sarnast tüüpi rakud. Selle alarühma rakkude lipulaevaks näiteks on luuüdi multipotentsed rakud, mida nimetatakse ka vereloome tüvirakkudeks. Need võivad muunduda mis tahes vererakkudeks, näiteks erütrotsüütideks või erinevat tüüpi leukotsüütideks. Kuid nad ei suuda toota rakke, mis muud koed üles ehitavad.

• unipotentsed tüvirakud

Seda tüüpi rakkudest saab ainult üks tütartüüp. Tavaliselt toimivad unipotentsed rakud täiskasvanute kudede uuenemise ja taastamise reservuaarina. Unipotentsete rakkude näiteks on epidermise tüvirakud, mida leidub inimese nahas.

Kust saab tüvirakke

Tüvirakkude saamine on põhimõtteliselt võimalik kahel viisil.

Nende esimene allikas on inimese embrüo, millest eraldatakse nn embrüonaalsed tüvirakud. Need on totipotentse või pluripotentse iseloomuga rakud, mis on seetõttu võimelised eristuma igat tüüpi kudedeks.

Teist tüüpi tüvirakke nimetatakse somaatilised tüvirakud (või "täiskasvanud" tüvirakud). Seda tüüpi rakud pärinevad - nagu nimigi ütleb - täiskasvanud inimkehast.

Normaalsetes tingimustes on need rakud, mis asustavad erinevaid organeid

• luuüdi
• lihased
• maksa
• nahk
• veresooned

Nendes elundites toimivad tüvirakud reservuaarina, võimaldades kahjustatud kudede taastumist.

Pole raske arvata, et somaatilistel tüvirakkudel on piiratum diferentseerumispotentsiaal kui embrüonaalsete tüvirakkudel. Täiskasvanud organismist pärinevad rakud on multipotentsed või unipotentsed, see tähendab, et nad võivad transformeeruda sarnast tüüpi rakkudeks või isegi ainult ühte tüüpi tütarrakkudeks.

Somaatiliste tüvirakkude leidmine ja saamine täiskasvanud kehas on üsna suur väljakutse. Selliste rakkude arv kudedes on väga väike.

Kui neid on kogutud, on neid laboritingimustes väga raske kasvatada, seetõttu on raskem saada suuremaid koguseid.

Seni saadakse täiskasvanud tüvirakke vaid vähestest allikatest. Vereloome tüvirakkude puhul on need järgmised:

• luuüdi
• perifeerne veri
• nabaväädi veri

Omakorda saab rasvkoest ja luuüdist nn mesenhümaalsed tüvirakud. Nad võivad muutuda erinevat tüüpi kudedeks:

• luu
• kõhreline
• lihas
• rasvkude

Mesenhümaalsete tüvirakkude kasutamisega seotud ravimeetodid on alles uurimisfaasis - nende ohutust ja efektiivsust pole siiani kinnitatud.

Mainimist väärib veel üks tüvirakkude tüüp, mis on omamoodi hübriid kahest ülalnimetatust. Seda nimetatakse indutseeritud pluripotentsed tüvirakud.

Need on täiskasvanud organismist saadud tüvirakud, mis on laboris ümber programmeeritud, et anda neile sugurakkude omadused.

Tüvirakkude praegused kasutusalad

Kuna me juba teame tüvirakkude diferentseerimise tüüpe ja võimalusi, jääb küsimus - milliseid neist ja kuidas neid meditsiinis kasutatakse?

• embrüonaalsed tüvirakud

Embrüonaalsed tüvirakud ei ole heaks kiidetud mis tahes tüüpi raviks. Miks? Siin on mõned põhjused.

Esiteks hõlmab nende kasutamine eetilisi dilemmasid. Embrüonaalsed tüvirakud saadakse uuringuteks mõeldud embrüotest, mis on kõige sagedamini loodud in vitro viljastamise protseduuride käigus. Eetilised probleemid on üks tegureid, mis piiravad sel viisil saadud tüvirakkude uurimise edenemist.

Teine sugurakkude kasutamise takistus on puhtalt teaduslik. Need on suure diferentseerumispotentsiaaliga rakud, mis võivad muunduda mis tahes tüüpi tütarrakkudeks. Siiani pole leitud ühtegi meetodit nende käitumise kontrollimiseks.

Pärast inimkehasse implanteerimist moodustavad embrüonaalsed tüvirakud kasvajad, mis koosnevad erinevatest juhuslikult paigutatud rakkudest. Seda tüüpi kasvajaid nimetatakse teratoomideks (ladina teratoom). Otsime pidevalt võimalusi sugurakkude suunamiseks nii, et need muunduksid soovitud koeks.

Embrüonaalsete tüvirakkude kasutamist seostatakse ka äratõukeriskiga - need moodustavad võõrmaterjali (sarnaselt sõltumatu doonori elundisiirdamisele).

Risk on palju väiksem, kui kasutatakse täiskasvanud tüvirakke, mida annetab ja saab sama patsient. Seda protseduuri nimetatakse autoloogseks siirdamiseks.

• täiskasvanud tüvirakud

Kuigi täiskasvanute tüvirakkude kasutamine on seotud ka paljude piirangutega, on meditsiinis seni kasutatud ainult seda tüüpi tüvirakke. Täiskasvanud tüvirakkude hankimine ei vaja embrüokultuuri, seega tekitab see palju vähem moraalseid dilemmasid. Täiskasvanud tüvirakke kasutatakse järgmist tüüpi ravis:

• vereloome tüvirakkude siirdamine

Hematopoeetiliste tüvirakkude siirdamine on praegu ainus rutiinne tüvirakkude teraapia, mida edukalt kasutatakse kogu maailmas. Niinimetatud luuüdi siirdamine on meetod paljude hematoloogiliste haiguste raviks.

Esiteks kasutatakse neid primaarse immuunpuudulikkusega patsientidel, see tähendab pärilikud kõrvalekalded immuunsüsteemis. Luuüdi siirdamine on nende jaoks sageli ainus viis korralikult toimivate immuunrakkude saamiseks.

Teine patsientide rühm, kes võib vajada vereloome tüvirakkude siirdamist, on need, kelle luuüdi on kahjustatud näiteks agressiivse vähivastase ravi tagajärjel.

Selline olukord võib olla soovitav verevähi (nt leukeemia) korral, kus teraapia eesmärk on hävitada neoplastilise protsessiga kaetud hematopoeetiline süsteem ja selle hilisem rekonstrueerimine implanteeritud tüvirakkude abil.

• ulatuslike haavade ravi epidermise tüvirakkude abil

Epidermise tüvirakud on üks viis suuremahuliste haavade, näiteks põletuste, paranemiseks.

Kogu protseduur on järgmine: esiteks kogutakse epidermise tüvirakud patsiendi terve naha fragmendist.

Seejärel kultiveeritakse neid rakke laboris tingimustes, mis võimaldavad nende ulatuslikku paljunemist.

Pärast sobiva arvu rakkude saamist asetatakse need haava pinnale.

Teraapia täiendav eelis on see, et patsiendi keha ei saa sellist "sidet" tagasi lükata - see tehti tema enda rakkudest.

• oftalmiline ravi sarvkesta jäsemete tüvirakkude kasutamisega

Teine tüvirakke kasutav ravi on heaks kiidetud suhteliselt hiljuti. See on sarvkesta jäsemete tüvirakke sisaldav ravim, mis võimaldab rekonstrueerida sarvkesta epiteeli (silmamuna eesmine, välimine kiht).

Nagu eelmises juhtumis, on ka rakkude "allikaks" patsient ise, täpsemalt tema terve silm.

Pärast tüvirakkude kogumist korrutatakse need laboris ja manustatakse seejärel kahjustatud silmale. Näidustuseks ravi kasutamisel on sarvkesta jäsemete tüvirakkude defitsiit, näiteks keemilise aine kahjustuse tõttu.

Tüvirakkude tulevik

Ülaltoodud tekst võtab kokku tüvirakkude praeguse ja, nagu näete, väga piiratud kasutamise meditsiinis.

Selle valdkonna uurimiskava on väga keeruline ja tüvirakud esitavad endiselt rohkem küsimusi kui vastuseid.

Aeg-ajalt on teadusmaailmas teavet nendega seotud läbimurde avastuste kohta, kuid kahjuks selgub paljudel juhtudel, et avaldatud uurimistulemused ei pea paika.

Nii oli see näiteks luuüdi tüvirakkude valju katse implanteerimisega infarktijärgsesse südamelihase armi. Sellise teraapia väidetavalt positiivsed tulemused vallandasid laviini täiendavates uuringutes teistes kliinilistes keskustes, kuid kõik katsed lõppesid lõpuks ebaõnnestumisega.

Tüvirakkude edukaks ja ohutuks kasutamiseks meditsiinis on vaja veel aastaid uurida.

Teadlased üritavad pidevalt rohkem teada saada nende toimimise ebatavalistest mehhanismidest.

Millised tegurid mõjutavad tüvirakkude diferentseerumise protsessi?

Kas see protsess on kontrollitav?

Mida teha, et oleks võimalik neid tõhusalt korrutada?

Millistel seni ravimatutest haigustest on tõesti võimalus selle raviga ravida?

Neid ja paljusid muid küsimusi uuritakse pidevalt.

Siinkohal tasub mainida, et kuigi tüvirakkude terapeutiline kasutamine on piiratud, on need kasulikud ka muudes meditsiinivaldkondades.

Üheks näiteks on neoplastiliste protsesside uurimine. Tüvirakud võimaldavad sellist protsessi laboritingimustes simuleerida ja seejärel katsetada nende võimalikke ravimeetodeid (nt uued vähivastased ravimid).

Käimasolevad tüvirakkude uuringud on kooskõlas näiteks rakendusega:

• neurodegeneratiivsed haigused (nt Alzheimeri tõbi)
• seljaaju vigastused
• lihas-skeleti süsteemi vigastused

ja lõpuks katsed terveid organeid rekonstrueerida (nt pankreas I tüüpi diabeedi korral).

Peame teadma, et tüvirakud ei ole kõik ravimid ja et iga võimalikku rakendust uuritakse iseseisvalt ning enne heakskiitmist tuleb läbi viia rida kliinilisi uuringuid.

Lõpuks tasub hoiatada ka "kliinikute" eest, kes pakuvad tüvirakkude ravi ilma igasuguse loata.

Seda tüüpi katsed kaotavad parimal juhul raha ja halvemal juhul teie tervise ja isegi elu.

Bibliograafia:

1. "Täiskasvanud tüvirakud: regeneratiivse meditsiini lootused ja hypes" J. Dulak jt. Acta Biochimica Polonica, kd 62, nr 3/2015, 329–337
2. "Tüvirakkude bioloogia: ülevaade" P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). 2011 september; 1 (3): 63–67.
3. "Tüvirakud sarvkestal" Hertsenberg AJ, Funderburgh JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25–41
4. "Tüvirakud naha taastumisel, haavade paranemisel ja nende kliinilised rakendused" Ojeh N. jt. Int J Mol Sci. 2015 23. oktoober; 16

Autori kohta

Krzysztof Białoży Krakovi ülikooli Collegium Medicumi meditsiinitudeng, astudes aeglaselt arsti töö pidevate väljakutsete maailma. Eriti huvitavad teda günekoloogia ja sünnitusabi, lastehaigused ja elustiilimeditsiin. Võõrkeelte, reisimise ja mägimatkamise armastaja.

Loe veel selle autori artikleid