Toto je článek na pozadí:
Myší embryonální kmenové buňky s fluorescenčním markerem.
Kmenové buňky jsou primární buňky společné všem mnohobuněčným organismům, které si zachovávají schopnost obnovy prostřednictvím dělení buněk a mohou se diferencovat do široké škály specializovaných typů buněk. Výzkum v oblasti lidských kmenových buněk vznikl na základě zjištění kanadských vědců Ernesta A. McCullocha a Jamese E. Tilla v 60. letech 20. století.
Existují tři široké kategorie savčích kmenových buněk: embryonální kmenové buňky odvozené z blastocyst, dospělé kmenové buňky, které se nacházejí ve tkáních dospělých, a kmenové buňky pupečníkové krve, které se nacházejí v pupečníkové šňůře. Ve vyvíjejícím se embryu jsou kmenové buňky schopné diferencovat se do všech specializovaných embryonálních tkání. V dospělých organismech kmenové buňky a kmenové buňky fungují jako opravný systém pro tělo, který doplňuje specializované buňky.
Vzhledem k tomu, že kmenové buňky mohou být snadno vypěstovány a přeměněny na specializované tkáně, jako jsou svaly nebo nervy, prostřednictvím buněčné kultury, bylo navrženo jejich využití v medicínských terapiích. Jako nadějní kandidáti jsou nabízeny zejména embryonální buněčné linie, autologní embryonální kmenové buňky vytvořené terapeutickým klonováním a vysoce plastické dospělé kmenové buňky z pupečníkové krve nebo kostní dřeně.
Tyto vlastnosti lze ilustrovat in vitro pomocí metod, jako jsou klonogenní testy, kde je charakterizováno potomstvo jediné buňky. Podmínky in vitro kultury však mohou změnit chování buněk, takže není jasné, zda se buňky budou chovat podobným způsobem in vivo. Existuje značná debata o tom, zda některé navrhované populace dospělých buněk jsou skutečně kmenovými buňkami.
Pluripotentní, embryonální kmenové buňky vznikají jako buňky vnitřní hmoty s blastocystou. Kmenové buňky se mohou stát jakoukoli tkání v těle, vyjma placenty. Pouze buňky moruly jsou totipotentní, schopné stát se všemi tkáněmi a placentou.
Potenciál určuje diferenciační potenciál (schopnost diferenciace na různé typy buněk) kmenové buňky.
Linie embryonálních kmenových buněk (ES cell lines) jsou buněčné kultury odvozené z epiblastické tkáně vnitřní buněčné masy (ICM) blastocysty. Blastocysta je embryo v raném stadiu – u lidí staré přibližně 4 až 5 dní a skládá se z 50 až 150 buněk. ES buňky jsou pluripotentní a během vývoje dávají vzniknout všem derivátům tří primárních zárodečných vrstev: ektodedermu, endodermu a mesodermu. Jinými slovy, mohou se vyvinout do každého z více než 200 buněčných typů těla dospělého člověka, pokud je jim poskytnuta dostatečná a nezbytná stimulace pro konkrétní typ buňky. Nepřispívají k mimoembryonálním membránám ani k placentě.
Pokud nejsou dány žádné podněty k diferenciaci, budou se ES buňky dělit in vitro a každá dceřiná buňka zůstane pluripotentní. Pluripotence ES buněk byla přísně prokázána in vitro a in vivo, takže mohou být skutečně klasifikovány jako kmenové buňky.
Dělení a diferenciace kmenových buněk. A – kmenová buňka; B – progenitorová buňka; C – diferencovaná buňka; 1 – symetrické dělení kmenových buněk; 2 – asymetrické dělení kmenových buněk; 3 – dělení progenitorových buněk; 4 – terminální diferenciace
Dospělé kmenové buňky jsou nediferencované buňky nacházející se v celém těle, které se dělí za účelem doplnění odumírajících buněk a regenerace poškozených tkání. Také známé jako somatické (z řeckého Σωματικóς, těla) kmenové buňky se nacházejí u dětí, stejně jako u dospělých.
Velká část výzkumu dospělých kmenových buněk se zaměřila na objasnění jejich schopnosti dělit se nebo se donekonečna obnovovat a jejich diferenciačního potenciálu. Mnoho dospělých kmenových buněk může být lépe klasifikováno jako progenitorové buňky, vzhledem k jejich omezené schopnosti buněčné diferenciace.
Potenciální využití v regenerativní medicíně však mohou mít specifické multipotentní nebo dokonce i unipotentní dospělé kmenové buňky. Využití dospělých kmenových buněk ve výzkumu a terapii není tak kontroverzní jako u embryonálních kmenových buněk, protože tvorba dospělých kmenových buněk nevyžaduje zničení embrya. Na rozdíl od výzkumu embryonálních kmenových buněk bylo na výzkum dospělých kmenových buněk poskytnuto více finančních prostředků ze strany vlády USA. Dospělé kmenové buňky lze izolovat ze vzorku tkáně získaného od dospělého jedince. Byly zkoumány především na lidech a modelových organismech, jako jsou myši a potkani.
Aby byla zajištěna samoobnova, kmenové buňky podstupují dva typy dělení buněk (viz Dělení kmenových buněk a diferenciační diagram). Symetrické dělení dává vzniknout dvěma identickým dceřiným buňkám, které jsou obě obdařeny vlastnostmi kmenových buněk. Asymetrické dělení naproti tomu produkuje pouze jednu kmenovou buňku a progenitorovou buňku s omezeným potenciálem samoobnovy. Prapředkové mohou projít několika koly dělení buněk, než se nakonec diferencují do zralé buňky. Je možné, že molekulární rozdíl mezi symetrickým a asymetrickým dělením spočívá v diferenciální segregaci proteinů buněčné membrány (jako jsou receptory) mezi dceřinými buňkami, nicméně pro tento mechanismus neexistuje žádný důkaz.
Alternativní teorie říká, že kmenové buňky zůstávají nerozlišené od podnětů prostředí ve své specifické nika. Kmenové buňky se diferencují, když opustí tuto nika nebo už tyto signály nepřijímají. Studie na Drosophila germarium identifikovaly signály dpp a adherins junctions, které brání germariovým kmenovým buňkám v diferenciaci.
Zkoumají se také signály, které vedou k přeprogramování buněk do embryonálního stavu. Tyto signální dráhy zahrnují několik transkripčních faktorů včetně onkogenu c-Myc. První studie ukazují, že transformace myších buněk kombinací těchto antidiferenciačních signálů může zvrátit diferenciaci a může umožnit, aby se dospělé buňky staly pluripotentními. Potřeba transformace těchto buněk onkogenem však může zabránit použití tohoto přístupu v terapii.
Lékařští výzkumníci se domnívají, že terapie kmenovými buňkami má potenciál radikálně změnit léčbu lidských nemocí. Řada terapií kmenovými buňkami pro dospělé již existuje, zejména transplantace kostní dřeně, které se používají k léčbě leukémie. Lékařští výzkumníci předpokládají, že v budoucnu budou moci využívat technologie odvozené z výzkumu kmenových buněk k léčbě širší škály nemocí, včetně rakoviny, parkinsonovy choroby, poranění míchy a poškození svalů, kromě řady dalších postižení a stavů.
Výzkum kmenových buněk však stále provází velká sociální a vědecká nejistota, kterou by bylo možné překonat prostřednictvím veřejné diskuse a budoucího výzkumu.
Kmenové buňky jsou však již široce využívány ve výzkumu a někteří vědci nepovažují buněčnou terapii za první cíl výzkumu, ale považují zkoumání kmenových buněk za cíl hodný sám o sobě. .
Kontroverze kolem výzkumu kmenových buněk
Existuje rozsáhlá polemika o výzkumu kmenových buněk, který vychází z technik používaných při vytváření a používání kmenových buněk. Výzkum embryonálních kmenových buněk je obzvláště kontroverzní, protože při současném stavu technologií vyžaduje zahájení linie kmenových buněk zničení lidského embrya a/nebo terapeutické klonování. Odpůrci výzkumu tvrdí, že tato praxe je šikmou plochou pro reprodukční klonování a rovná se instrumentalizaci lidské bytosti. Naproti tomu medicínští výzkumníci v této oblasti tvrdí, že je nezbytné pokračovat ve výzkumu embryonálních kmenových buněk, protože se očekává, že výsledné technologie budou mít významný lékařský potenciál, a že embrya používaná pro výzkum jsou stejně jen ta, která jsou určena ke zničení (jako produkt oplodnění invitro). To je zase v rozporu s odpůrci hnutí pro-life (proti potratům), kteří tvrdí, že embryo je lidská bytost, a tudíž má nárok na důstojnost, i když je právně určeno k destrukci. Následná debata přiměla orgány po celém světě hledat regulační rámce a zdůraznila skutečnost, že výzkum kmenových buněk představuje společenskou a etickou výzvu.