Uporaba zarodnih (matičnih) celic za zdravljenje najrazličnejših težkih in neozdravljivih bolezni vliva danes zelo veliko upanja, a paradoksno zakonodaja in javno mnenje prav raziskave na zarodnih celicah najbolj zavračata in otežujeta. Poskušajmo si razjasniti to protislovje.
Prvih nekaj celičnih delitev po oploditvi so zarodne celice totipotentne, kar pomeni, da se lahko razvijejo v katerokoli od več kot 200 tipov celic našega telesa. Vendar je proces diferenciacije hiter in repertoar celic, v katere se celice, ki so že dlje na razvojni poti, še lahko razvijejo, se čedalje bolj oža, kar pomeni, da celice hitro zgubljajo totipotentnost. Pet dni po oploditvi je zarodek že v stadiju blastociste1, v katerem so celice razdeljene v dve skupini: na celice, ki se bodo razvile v posteljico in na celice notranje mase, ki bodo zgradile celoten organizem. Celicam notranje mase, ki imajo zadnje sposobnost, da se še lahko razvijejo v katerokoli tip celice, pravimo, da so pluripotentne. Po sedmih dneh pa se izoblikujejo štirje, še bolj specializirani tipi celic: ektoderm, mezoderm, endoderm in prekurzorji spolnih celic, ki se lahko razvijejo le še v določene tipe celic. Tako se npr. celice ektoderma razvijejo v kožo in živčevje, ne pa tudi v žlezne ali mišične celice. Celice ektoderma, mezoderma, endoderma in zarodne spolne celice so multipotentne.
Kljub temu pa tudi v odraslem organizmu sposobnost nastanka novih celic iz manj diferenciranih predhodnikov (prekurzorskih celic) ni onemogočena. Vsem je znano, da se obnavljajo celice kože, da iz hematopoetskih prekurzorjev nastajajo nove krvne celice. Manj znano pa je verjetno, da obstajajo prekurzorske celice za nevrone, da torej tudi v odraslem organizmu nastajajo nove živčne celice. Dokazano je, da se obnavljajo predeli hipokampusa2, vohalnih centrov in možganske skorje. Ker so zarodne celice v odraslem organizmu precej specializirane in se, kot so mislili še do nedavnega, lahko razvijejo le v en sam ali nekaj zelo podobnih tipov celic, pravimo, da so unipotentne.
Zarodne celice se torej difrencirajo, mar to pomeni, da jih je s časom čedalje manj? Da se njihov potencial izgublja? Deloma že, vendar je poskrbljeno, da se določeno število vseeno ohrani. Ob delitvi zarodne celice nastaneta dve, ena, ki je popolnoma enaka svoji mami, torej nova zarodna celica in druga, prekurzorska, ki se nato pod vplivom ustreznih signalov iz okolja razvije v specializirano, dokončno diferencirano celico.
Znanstveniki so kmalu zaslutili, kako mogočen potencial predstavljajo zarodne celice. Pod ustreznimi pogoji bi lahko vodili in usmerjali njihov razvoj v katerokoli celico našega telesa in na ta način zdravili različne bolezni, npr. nadomeščali hrustanec v obrabljenih sklepih, gojili celice kože za zdravljenje opeklin, zdravili nevrodegenerativne bolezni, zdravili poškodbe srca po infarktu. Zaenkrat iz prekurzorskih celic uspešno gojijo kožo in hrustančne celice. Pridobivanje specializiranih iz pluripotentnih oziroma multipotentnih celic pa je zaenkrat še bolj ali manj v povojih.
Prvi korak na poti je gojenje oziroma pridobitev zadostnih količin zarodnih celic. V devetdesetih letih so v različnih laboratorijih poskušali izolirati in gojiti embrionalne zarodne celice. Leta 1998 je ameriškim znanstvenikom uspelo gojiti pluripotentne človeške celice iz stadija blastociste. Danes obstaja na svetu približno 64 celičnih linij3 različnih zarodnih celic.
Problem pri uporabi takih celic v terapevtske namene je zavračanje presadka. Rešitev predstavlja kloniranje. Gre za postopek, ki so ga uporabili pri kloniranju ovce Dolly. Iz celice pacienta vzamemo jedro in ga prenesemo v jajčno celico, ki smo ji poprej jedro odstranili. Na ta način in vitro pridobimo zarodne celice, ki so po svoji genetski sestavi polonoma identične s pacientovimi. Vse lepo in prav, a zatakne se pri zakonodaji. Večina držav nima urejene zakonodaje na področju dela z embriji oziroma embrionalnimi zarodnimi celicami. V ZDA je predsednik nedavno sprejel zakon, ki sicer dovoljuje raziskave na primarnih zarodnih celicah, vendar le, če prihajajo od zarodkov, vzgojenih v tujini ali v privatnih ustanovah znotraj ZDA. V Evropi so raziskave na embrijih do 14 dneva starosti eksplicitno dovoljene le v Veliki Britaniji in na Švedskem.
Čedalje bolj zanimivo alternativo zaradi neurejene zakonodaje močno oteženemu kloniranju v terapevtske namene predstavlja uporaba zarodnih celic, prisotnih pri odraslih ljudeh. Te po svojih lastnostih niso več pluripotentne, ampak multipotentne. Nahajajo se v določenih tkivih in so namenjene nadomeščanju starih in poškodovanih celic. Prvi primer uporabe sega že daleč v leto 1965 s presaditvijo kostnega mozga pacienta z levkemijo, do prvih presaditev kože pa je prišlo leta 1975. Včasih so mislili, da so zarodne celice pri odraslih bolj omejene glede razvoja v različne celice, kot se je izkazalo nedavno. Pred dvema letoma so zarodne celice odkrili tudi v tkivih, za katera so mislili, da se sploh ne obnavljajo (živčevje, maščevje). Ugotovili so tudi, da so se zarodne celice sposobne razviti v veliko več tipov specializiranih celic. Pokazalo se je, da tudi ko so že razviti ektoderm, mezoderm in endoderm, razvoj celic ni dokončno determiniran. Določene celice lahko prečkajo pregrade. Pod različnimi pogoji okolja se tako celice, ki so normalno prekurzorji za razvoj kosti, razvijejo v nevrone. Hematopoetske celice se lahko poleg krvnih razvijejo tudi v jetrne celice. Zanimanje za zarodne celice odraslih organizmov je naenkrat močno naraslo.
Nedavno je francoskemu kardiologu uspelo iz mišice pacienta izolirati ter in vitro uspešno gojiti zarodne mišične celice. Le te so nato presadili v srce istega pacienta na mesto poškodbe, nastale zaradi infarkta. Kljub temu, da se celice niso difrencirale v tipične srčne celice, so se dobro prilagodile in se začele krčiti v srčnem ritmu.
Aplikacije v bližnji prihodnosti bodo najverjetneje na področju nevrologije za zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni (Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen). Možnosti zavračanja presadkov so manjše, saj so možgani imunološko izolirani od ostalega dela telesa.
Preden pa se bodo tkiva vzgojena iz embrionalnih oziroma zarodnih celic odraslega organizma lahko rutinsko uporabljala pri zdravljenju različnih obolenj, bo potrebno odgovoriti še na marsikatero vprašanje in pojasniti mehanizme, ki usmerjajo diferenciacijo enih in vzdržujejo v nediferencirani obliki drugo populacijo celic.
Zagotoviti bo potrebno nadzor namnoževanja celic v kulturi, uspešno vodenje in usmerjanje diferenciacije. Zaenkrat se za določene tipe celic ve, katere sestavine je potrebno dodati v gojišče, da bo razvoj potekal v želeno smer, še zdaleč pa ne vemo, zakaj mora biti prisotna ravno ta določena snov in ne katera druga. Očitno bo potrebno še veliko dela, da bomo lahko pojasnili mehanizme diferenciacije. Po eni od hipotez naj bi diferenciacija potekala sočasno z migracijo celic. Celice naj bi se v telesu razporejale glede na smer specializacije. Glede na njihov položaj in signale iz okolja naj bi se nato izrazile tudi njihove značilnosti. V kulturah bo nadalje potrebno zagotoviti stabilnost in ohranjanje lastnosti celičnih linij kot tudi preprečiti morebitne maligne transformacije. Zanimiva je ideja, ki jo raziskujejo pri podjetju ReNeuron. V zarodne celice odraslih organizmov naj bi vnesli dva gena. Produkt prvega naj bi aktiviral encim telomerazo, ki preprečuje krajšanje koncev kromosomov, tako imenovanih telomer, kar naj bi bil eden od razlogov za staranje celic. Drugi naj bi bil onkogen, ki bi v celicah pri nizki temperaturi izzval maligno transformacijo. Na ta način bi dobili pogojno nesmrtno celično linijo multipotentnih oziroma unipotentnih celic. Ob vnosu v organizem pa bi prišlo do inaktivacije obeh genov zaradi povišane temperature (37°C).
(Petra Malovrh, Kvarkadabra, št. 12, december 2001)
- Blastocista je stopnja v zarodkovem razvoju, ko se izoblikuje telesna votlina – blastocel. ↩
- Hipokampus je del možganske skorje in se nahaja v osrednjem delu temporalnega lobusa. Pri ljudeh ima pomembno vlogo pri kratkotrajnem spominu. ↩
- Večina vretenčarskih celic v in vitro pogojih umre po določenem številu delitev. Občasno pa celice zaradi določenih genetskih sprememb postanejo nesmrtne. Te celice tvorijo celične linije. ↩
