Přeskočit na obsah

Kmenové buňky

Z Infopedia

Šablona:Infobox buňka

Kmenové buňky jsou nediferencované nebo jen částečně diferencované buňky, které se nacházejí ve většině mnohobuněčných organismů. Jsou definovány dvěma klíčovými vlastnostmi: schopností sebeobnovy (tvorby dalších kmenových buněk) a schopností diferenciace (přeměny) na širokou škálu specializovaných buněčných typů, jako jsou neurony, svalové buňky nebo krvinky. Díky těmto vlastnostem hrají zásadní roli v embryonálním vývoji, růstu a obnově tkání v dospělosti. Pro svůj obrovský potenciál jsou v centru pozornosti regenerativní medicíny a biomedicínského výzkumu. ```

```

🧬 Charakteristika

Kmenové buňky se od ostatních buněk v těle liší dvěma základními a vzájemně propojenými vlastnostmi, které jim umožňují plnit jejich jedinečnou funkci.

Sebeobnova

Sebeobnova je schopnost kmenových buněk procházet buněčným dělením a vytvářet přitom další kmenové buňky, které si zachovávají stejné nediferencované vlastnosti. Tento proces zajišťuje, že v organismu existuje stálá zásoba (tzv. "pool") kmenových buněk, která je k dispozici pro růst nebo opravu tkání po celý život jedince. Dělení kmenové buňky může probíhat dvěma způsoby:

  • Symetrické dělení: Vznikají dvě identické dceřiné kmenové buňky, čímž se jejich počet zvyšuje.
  • Asymetrické dělení: Vzniká jedna kmenová buňka (která zachovává pool) a jedna buňka, která je předurčena k diferenciaci (tzv. progenitorová buňka).

Diferenciace (Potence)

Diferenciace je proces, při kterém se kmenová buňka přeměňuje na specializovaný typ buňky s konkrétní funkcí. Tato schopnost se označuje jako potence. Během diferenciace se v buňce aktivují specifické geny a potlačují jiné, což vede ke změně její struktury, metabolismu a funkce. Například z jedné kmenové buňky může vzniknout neuron přenášející nervové vzruchy, kardiomyocyt tvořící srdeční svalovinu nebo osteoblast podílející se na tvorbě kosti. Potence kmenových buněk se liší podle jejich typu a původu. ```

```

⚖️ Dělení podle potence

Potence, tedy schopnost diferencovat v různé buněčné typy, je klíčovým kritériem pro klasifikaci kmenových buněk.

  • Totipotentní buňky: Mají nejvyšší potenciál. Mohou se diferencovat do všech buněčných typů, včetně extraembryonálních tkání, jako je placenta. Mohou tedy vytvořit kompletní, životaschopný organismus. U savců jsou totipotentní pouze zygota a prvních několik buněk (blastomer) po jejím rozdělení.
  • Multipotentní buňky: Mohou se diferencovat do několika, ale omezeného počtu buněčných typů, obvykle v rámci jedné tkáně nebo orgánového systému. Příkladem jsou hematopoetické kmenové buňky v kostní dřeni, které dávají vzniknout všem typům krvinek, nebo mezenchymální kmenové buňky, které mohou tvořit kost, chrupavku a tuk.
  • Oligopotentní buňky: Mají ještě omezenější potenciál než multipotentní buňky a mohou se diferencovat jen do několika málo blízce příbuzných typů buněk. Příkladem jsou lymfoidní kmenové buňky, které tvoří pouze různé typy lymfocytů.
  • Unipotentní buňky: Mohou produkovat pouze jeden jediný typ specializovaných buněk, ale stále si zachovávají schopnost sebeobnovy. Příkladem jsou spermatogoniální kmenové buňky, které produkují pouze spermie.

```

```

🔬 Dělení podle původu

Kromě potence se kmenové buňky dělí také podle toho, odkud jsou získány.

Embryonální kmenové buňky (ESC)

Tyto buňky jsou získávány z vnitřní buněčné masy blastocysty, což je rané stádium embryonálního vývoje (přibližně 5–7 dní po oplození). Jsou přirozeně pluripotentní. Jejich výzkum je klíčový pro pochopení základních procesů vývoje organismu, ale jejich získávání je spojeno s významnými etickými kontroverzemi, protože vede ke zničení lidského embrya.

Dospělé (tkáňové) kmenové buňky (ASC)

Nacházejí se v různých tkáních a orgánech již narozeného organismu. Jejich hlavní funkcí je obnova a oprava tkáně, ve které sídlí. Jsou obvykle multipotentní nebo unipotentní. Mezi nejznámější patří:

  • Hematopoetické kmenové buňky: Nacházejí se v kostní dřeni a jsou zdrojem všech krevních elementů. Jejich transplantace je standardní léčbou leukémie a jiných poruch krvetvorby.
  • Mezenchymální kmenové buňky: Lze je izolovat z kostní dřeně, tukové tkáně, pupečníkové krve a dalších zdrojů. Mají schopnost diferencovat v buňky kostí, chrupavek, svalů a tuku.
  • Neurální kmenové buňky: Nacházejí se v určitých oblastech mozku a mohou se diferencovat na neurony, astrocyty a oligodendrocyty.

Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC)

Jedná se o uměle vytvořené pluripotentní buňky. Vznikají "přeprogramováním" již specializovaných dospělých buněk (např. kožních fibroblastů) pomocí vnesení několika specifických genů. Tuto metodu vyvinul v roce 2006 japonský vědec Šin'ja Jamanaka, který za ni v roce 2012 obdržel Nobelovu cenu. Technologie iPSC představuje revoluci ve výzkumu, protože umožňuje vytvářet pacientovi specifické pluripotentní buňky bez použití embryí, čímž obchází etické problémy spojené s ESC.

Kmenové buňky z pupečníkové krve

Pupečníková krev, která zůstává v placentě a pupeční šňůře po porodu, je bohatým zdrojem především hematopoetických kmenových buněk. Její odběr je bezbolestný a neinvazivní. Tyto buňky se využívají při transplantacích, zejména u dětí, a jsou uchovávány ve veřejných i soukromých bankách pupečníkové krve. ```

```

⏳ Historie výzkumu

Výzkum kmenových buněk je relativně mladý, ale velmi dynamický obor.

  • 1961: Kanadští vědci James Till a Ernest McCulloch poprvé prokázali existenci kmenových buněk při experimentech s kostní dření myší, čímž položili základy celého oboru.
  • 1968: Byla provedena první úspěšná transplantace kostní dřeně k léčbě těžké kombinované imunodeficience (SCID).
  • 1981: Martin Evans a Matthew Kaufman izolovali a kultivovali embryonální kmenové buňky z myších embryí.
  • 1998: Tým Jamese Thomsona na University of Wisconsin–Madison poprvé izoloval a kultivoval lidské embryonální kmenové buňky, což odstartovalo intenzivní výzkum i etické debaty.
  • 2006: Tým Šin'ji Jamanaky na Kjótské univerzitě publikoval přelomovou práci o vytvoření indukovaných pluripotentních kmenových buněk (iPSC) z myších fibroblastů. O rok později se jim to podařilo i s lidskými buňkami.
  • 2012: Šin'ja Jamanaka a John Gurdon získali Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství za objev, že zralé buňky mohou být přeprogramovány na pluripotentní.
  • Současnost (k roku 2025): Výzkum se zaměřuje na zdokonalení technik tvorby iPSC, řízenou diferenciaci buněk pro konkrétní terapeutické účely a první klinické studie využívající deriváty kmenových buněk pro léčbu nemocí jako makulární degenerace nebo Parkinsonova choroba.

```

```

🩺 Lékařské využití a potenciál

Potenciál kmenových buněk v medicíně je obrovský a zahrnuje několik klíčových oblastí.

Regenerativní medicína

Toto je nejvíce slibná oblast. Cílem je nahradit nebo opravit poškozené či nemocné buňky a tkáně. Mezi potenciální aplikace patří:

  • Neurologická onemocnění: Léčba Parkinsonovy choroby náhradou dopaminergních neuronů, oprava míchy po poranění nebo léčba následků mrtvice.
  • Kardiovaskulární choroby: Obnova srdeční svaloviny po infarktu myokardu.
  • Diabetes mellitus 1. typu: Nahrazení inzulín produkujících beta-buněk ve slinivce břišní.
  • Ortopedie: Oprava poškozených chrupavek, kostí a šlach.

Transplantace

Nejlépe zavedenou terapií založenou na kmenových buňkách je transplantace hematopoetických kmenových buněk (často označovaná jako transplantace kostní dřeně). Používá se k léčbě:

Testování léků a modelování nemocí

Díky technologii iPSC je možné od pacienta s genetickým onemocněním odebrat například kožní buňky, přeprogramovat je na kmenové buňky a ty následně diferencovat na typ buněk postižený danou chorobou (např. neurony u Alzheimerovy choroby). Tento přístup, známý jako "nemoc ve zkumavce" (disease in a dish), umožňuje:

  • Studovat mechanismy vzniku a progrese nemocí na lidských buňkách.
  • Testovat tisíce potenciálních léčiv na jejich účinnost a toxicitu bez nutnosti testování na pacientech.

```

```

⚔️ Etické a právní otázky

Výzkum a využití kmenových buněk, zejména těch embryonálních, vyvolává složité etické a právní otázky.

Hlavní kontroverze se týká embryonálních kmenových buněk (ESC), jejichž získání vyžaduje zničení lidského embrya ve stádiu blastocysty. To vede ke konfliktu dvou morálních principů: povinnosti chránit lidský život od jeho počátku a povinnosti hledat léčbu pro trpící pacienty. Postoje k této problematice se celosvětově liší:

  • Restriktivní přístup: Některé země (např. , ) výrazně omezují nebo zcela zakazují výzkum na lidských ESC.
  • Liberální přístup: Jiné země (např. , ) výzkum za přísných regulačních podmínek povolují a podporují.
  • Smíšený přístup: V je situace komplikovaná a historicky se měnila v závislosti na federálním financování a politické administrativě.

Vznik indukovaných pluripotentních kmenových buněk (iPSC) mnohé z těchto etických dilemat zmírnil, protože iPSC lze vytvořit z dospělých buněk bez nutnosti použití embryí. Stále však přetrvávají otázky týkající se bezpečnosti terapií založených na iPSC (např. riziko vzniku nádorů) a etiky vytváření lidských gamet (spermií a vajíček) v laboratoři. ```

```

💡 Pro laiky

Představte si kmenovou buňku jako univerzálního studenta na začátku studia. Tento student má potenciál stát se čímkoliv – lékařem, inženýrem, umělcem nebo právníkem. Ještě si nevybral svou specializaci.

  • Embryonální kmenová buňka je jako student hned po maturitě. Může si vybrat naprosto jakýkoliv obor a stát se jakýmkoliv specialistou v těle (buňkou srdce, mozku, kůže...). Její možnosti jsou téměř neomezené.
  • Dospělá kmenová buňka je jako student, který už je na lékařské fakultě. Jeho možnosti jsou už omezenější. Nemůže se stát inženýrem, ale stále si může vybrat, zda bude chirurgem, pediatrem nebo kardiologem (tedy různými typy krevních buněk, pokud je to kmenová buňka z kostní dřeně). Jejím úkolem je doplňovat a opravovat "personál" ve své konkrétní "nemocnici" (tkáni).
  • Indukovaná pluripotentní kmenová buňka (iPSC) je jako zkušený lékař, kterého pomocí kouzelného stroje času vrátíme zpět do stavu studenta po maturitě. Vezmeme tedy již hotovou, specializovanou buňku (např. kožní) a "vymažeme" její specializaci, takže má znovu téměř neomezené možnosti. To nám umožňuje studovat nemoci a hledat léky bez etických problémů spojených s embryi.

Kmenové buňky jsou tedy základní stavební a opravné jednotky našeho těla, které zajišťují, že se organismus může vyvíjet, růst a regenerovat po zranění. ```

```

Šablona:Aktualizováno ```

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Kmenové_buňky&oldid=14188“