Co jsou to kmenové buňky?

Kmenové buňky jsou základními stavebními bloky organizmu. Zárodek, který se po početí dělí a putuje směrem k děloze, kde se poté uhnízdí, tvoří buňky „schopné všeho“. V 15. den vývoje zárodku začíná specializace těchto buněk na nervové a mozkové buňky, svalové buňky, buňky pokožky atd. V těchto buňkách se aktivují jednotlivé etapy genetického materiálu (DNA), a tím se stanou schopnými vykonávat své specifické úkoly v dělbě práce mezi orgány a tkáněmi. Specializující se buňky ztrácejí svoji „všehoschopnost“. V průběhu vývoje zárodku se však zachová i malý počet těchto „všehoschopných“ buněk, které nazýváme tkáňovými kmenovými buňkami. Všechny druhy lidských buněk se vyvíjejí z těchto dosud nediferencovaných (nespecializovaných) buněk.

Zvětšit obrázek

Kmenové buňky se od mnohých jiných buněk vizuálně neliší, dokáží se ale přeměnit ve specializované buňky a léčit tak opotřebovanou nebo poškozenou tkáň.

Experimentální biologie a medicína pracuje s kmenovými buňkami (stem cells) více než dvacet let. Ale až dvě práce z konce r. 1998 z nich učinily hit světové vědy. To když dva týmy pracovníků – z University of Wisconsin a z John Hopkins University – nezávisle na sobě našly způsob, jak in vitro kultivovat lidské embryonální kmenové buňky  (získané při abortech nebo z „přebytečných“ embryí při in vitro fertilizaci). Což okamžitě vyvolalo představy o možnosti vývoj a diferenciaci těchto buněk cílevědomě nasměrovávat a podle potřeby tak vytvářet nové tkáně.

Multipotentní, pluripotentní a unipotentní
Kmenových buněk existuje celá řada a bylo třeba je nějak rozlišit. Používají se k tomu termíny, které nebude na škodu si vysvětlit. Jak jsme si již řekli kmenové buňky zajišťují obnovu  poškozených či opotřebených částí našich těl. Jejich zvláštností je, že neprodělávají buněčné dělení podobně jako jiné buňky. V jejich případě nevznikají z jedné mateřské buňky dvě rovnocenné buňky dceřiné, ale jejich dělení je  asymetrické. Vznikají dva odlišné typy buněk. Jeden se prakticky neliší od výchozí mateřské kmenové buňky (ty slouží k udržení zásoby kmenových buněk pro budoucí potřebu opravy opotřebených tkání), druhý je základem pro vznik specializovaných buněk, jejichž stavy je třeba nahradit.
Škála  proměn buněk předurčených k další specializaci je různě široká. Některé kmenové buňky mají před sebou jen jednu "profesi"a hovoří se o nich jako o unipotentních buňkách. Patří k nim například spermatogoniální buňky, které se dělí ve varleti jednak  na další spermatogoniální buňky a jednak na buňky, které jsou předurčeny k proměně ve spermie.
Před jinými kmenovými buňkami se otevírá více osudů a ty pak označují se jako multipotentní. Nervové kmenové buňky mohou v mozku zajišťovat vznik různých typů buněk nervového systému, krvetvorné kmenové buňky zase zajišťují kromě vlastní obnovy i vznik červených krvinek a buněk plnících úkoly imunitní obrany. O multipotentních typech kmenových buněk hovoříme v případě kmenových buněk získávaných například z  kostní dřeně.
Existují ale buňky, kterým není odepřen žádný z možných buněčných osudů. Takové buňky označujeme jako pluripotentní. Nejsou sice schopny vytvořit nového jedince (to znamená, že nejsou totipotentní), ale jinak se dokážou proměnit v jakýkoli typ buněk těla. Pluripotentní buňky najdeme v embryoblastu časného zárodku. To je ta část zárodku, která se vyvíjí ve vlastní embryo. Říká se jim také embryonální kmenové buňky.

Zvětšit obrázek

Odběr kmenových buněk z kostní dřeně klasickou metodou si vyžádá 3-denní pobyt v nemocnici.

Získávání kmenových buněk
Tradiční získávání kmenových buněk z kostní dřeně se provádí odsátím jehlou z dutiny kostí. Zákrok se provádí v celkové anestézii. Samotný odběr dřeně trvá průměrně asi hodinu. Provádí se na chirurgickém sále v celkové anestézii (narkóze).  Dárce leží na břiše a v této poloze mu  lékaři zavedou odběrové jehly do dutin v zadních hrbolech pánevní kosti. Stříkačkami odtud odsají potřebné množství dřeně. Objem odsáté dřeně s krví záleží na váze příjemce a pohybuje se kolem jednoho litru.
Jiný způsob získání kmenových buněk je  přímo z krve pomocí přístroje, kterému se říká separátor. Před tímto druhým způsobem odběru se ale musí kmenové buňky u dárce nejdřív namnožit a vyplavit je z kostí do krve pomocí tzv. růstového faktoru  G-CSG (Granulocyte Colony Stimulating Factor).
Dárce dostává růstový faktor formou injekcí 4 dny před odběrem. Při podávání růstového faktoru dochází k příznakům podobným jako při chřipce - celková "rozlámanost", bolest hlavy, zvýšená teplota. Jeden odběr kmenových buněk trvá přibližně 4 hodiny. Množství krvetvorných buněk, potřebných k transplantaci, se někdy získá od dárce už prvním odběrem, jindy je potřeba provést ještě druhý odběr následující den. Se zákrokem  je spojeno určité riziko trombózy.

Zvětšit obrázek

Při získávání kmenových buněk z krve dárce musí předcházet jeho ošetření růstovým faktorem. Metoda má vedlejší účinky a zvyšuje riziko trombózy.

Zdrojem krvetvorné tkáně vhodné pro transplantační účely vedle kostní dřeně a kmenových buněk získaných z periferní krve pomocí separátoru, je také pupečníková krev. Při porodu lze tímto způsobem získat jen malé množství buněk a tak je pupečníková krev zatím vhodná zejména pro dětské pacienty.

Kmenové buňky z menstruační krve
O velké překvapení se na letošním setkání pořádaném Americkou společností kardiologů, postaral dr. Shunichiro Miyoshi, který zde referoval o výsledcích pokusu, který provedl  se svými kolegy z Keio University v Tokyu. Jednalo se o sběr menstruační krve od šesti žen.
Tato krev je považována za „odpad“, neboť odchází z dělohy se zbytky slizniční tkáně po neuskutečněném těhotenství. Miyoshimu se ale z tohoto „odpadu“ podařilo získat 30krát více kmenových buněk, než kolik se jich daří získávat z kostní dřeně.
To ale nebyl jediný poznatek, který Japonci na buňkách z menstruační krve zjistili. Další zajímavostí je, že po pěti dnech kultivace těchtobuněk, přibližně u poloviny z nich, lze pozorovat kontrakce. Buňky se rytmicky a synchronně smršťují. To znamená, že mezi sebou  rozmlouvají  pomocí elektrických signálů. Miyoshi přirovnává komunikaci těchto buněk k obdobě dorozumívání, které mezi sebou praktikují  buňky myokardu. Ty  spolu rovněž komunikují elektrickými impulsy a synchronizují tak svojí činnost. Proč to činí i buňky z menstruační krve není známo. Ale je to příslib možného využití těchto buněk k léčebným účelům, obdobně jako se to daří v případě kmenových buněk z kostní dřeně. Právě do kmenových buněk kostní dřeně jsou nyní vkládány velké naděje. V loňském roce se ukázalo, že vylepšují funkce poškozeného srdce. Poslední poznatky ukazují na to, že většinou srdci nepomáhají tím, že by nahradily buňky poškozeného svalu, jak se původně předpokládalo, ale prospívají unavenému srdci tím, že dávají vznik novým cévním kapilárám a zlepší tak jeho krevní zásobení.  Konec konců je jedno jak nám kmenové buňky poškozený sval opraví, hlavně že to funguje.  Podle chování kultivovaných kmenových buněk z menstruační krve (jejich synchronních stahů), se předpokládá, že tyto buňky by měly být k opravám našich myokardů vhodné, ne-li vhodnější než nyní používané buňky z kostní dřeně. Autor objevu Miyoshi ale doporučuje získávat menstruační krev od mladých dárkyň, protože jejich buňky mu přežívaly v tkáňové kultuře déle.

V literatuře poslední doby se objevují stále nové a nové způsoby získávání kmenových buněk. Tyto buňky už umíme získat například z dřeně zubů, tukové tkáně, kůže,...
Většinou se ale jedná o metody, které poskytují malou výtěžnost a nebo se jedná o techniky komplikované. Někdy jsou, jako je tomu v případě embryonálních kmenových buněk, dokonce zakázány legislativou.  Nového objevu se žádný z uvedených problémů netýká. Dr. Shunichiro Miyoshi tak dal nepříjemným  a bolestivým ženským měsíčkům nový smysl – možnost záchrany lidských životů.

Prameny:

American College of Cardiology
Keio University in Tokyo