Cilmes šūnas: definīcija, veidi, funkcijas un medicīniskā nozīme
Cilmes šūnas ir ķermeņa šūnas (somatiskās šūnas), kas var dalīties un diferencēties. Tās ir īpašas ar spēju radīt pēctečus — gan jaunas cilmes šūnas (sava veida pašatjaunošanās), gan specializētas šūnas, kas veic noteiktas funkcijas audos. Cilmes šūnu potenciāls tiek raksturots pēc spējas diferencēties: totipotentas (spēj radīt visus embrija un atbalsta audus), pluripotentas (spēj veidot gandrīz visus audiem vajadzīgos šūnu tipus), multipotentas (var dot vairākus, bet ne visus šūnu tipus) un unipotentas (var dot tikai vienu šūnu tipu).
Organismam augot, cilmes šūnas specializējas un uzņemas noteiktas funkcijas. Piemēram, nobriedušajos audos, piemēram, ādā, muskuļos, asinīs, kaulos, aknās, nervos, ir dažādu tipu šūnas. Tā kā cilmes šūnas vēl nav diferencējušās, tās var pārveidoties par kāda veida specializētām šūnām. Organismi izmanto cilmes šūnas arī, lai aizstātu bojātas šūnas un uzturētu audu maiņu (homeostāzi), piemēram, asinīs, ādas un gremošanas trakta epitēlijā.
Cilmes šūnu izplatība un vēsture
Cilmes šūnas ir sastopamas vairumā augu un dzīvnieku, ja ne visos. Tās dalās un diferencējas dažādos šūnu tipos. Pētījumi cilmes šūnu jomā izauga no atklājumiem, kas izdarīti pagājušā gadsimta 60. gados — īpaši nozīmīgi bija hematopoētisko (asinveidojošo) cilmes šūnu atklājumi, kas ļāva saprast, kā atjaunojas asins šūnu populācijas. No tā aizsākās intensīva pētījumu un klīnisko pielietojumu attīstība.
Cilmes šūnu veidi
- Embrionālās cilmes šūnas — iegūst no embrija iekšējās šūnu masas (piem., blastocistas). Parasti tās ir pluripotentas un var dot ļoti daudzveidīgus šūnu tipus, tāpēc ir vērtīgas pamatpētījumos un potenciālām terapijām.
- Pieaugušo (rezidentās) cilmes šūnas — atrodas nobriedušos audos un darbojas kā atjaunošanas rezerves (piem., hematopoētiskās cilmes šūnas kaulu smadzenēs). Tās bieži ir multipotentas un specializētas konkrētu audu uzturēšanai.
- Nabasvadiņu (umbilikālās) cilmes šūnas — no nabassaites asinīm; daļa no tām ir ļoti plastiskas un tiek glabātas asins bankās klīniskai izmantošanai.
- Inducētās pluripotentās cilmes šūnas (iPSC) — laboratorijā pārprogrammējot nobriedušas somatiskās šūnas, tās atgūst pluripotentas īpašības. Tas ļauj iegūt pluripotentas šūnas bez embriju izmantošanas.
- Mezenhimālās cilmes šūnas (MSC) — atrodas kaulu smadzenēs, taukaudos un citur; izmantojamas audiem balstītās reģeneratīvās terapijās un imūnmodulācijā.
Funkcijas un klīniskie pielietojumi
Cilmes šūnu galvenās funkcijas ir:
- audiju atjaunošana un bojājumu remonts,
- šūnu apmaiņa un homeostāzes uzturēšana,
- izpēte par attīstību un slimību mehānismiem laboratorijā,
- šūnu bāzētas terapijas — piemēram, kaulu smadzeņu cilmes šūnu transplantācijas hematoloģiskām slimībām.
Konkrēti klīniskie piemēri un izmantošana:
- kaulu smadzeņu vai nabassaites asinīs iegūtu hematopoētisko cilmes šūnu transplantācija leikēmiju un citām asins slimībām,
- eksperimentālas terapijas sirds reģenerācijai, aknu bojājumiem, neirodeģeneratīvām slimībām (piem., Parkinsona),
- audu inženierija — audu un orgānu veidošana laboratorijā izmantojot cilmes šūnas un biomateriālus,
- personalizētā medicīna — iPSC līnijas no pacienta ļauj pētīt slimības mehānismus un testēt zāles.
Izaicinājumi un ētika
- Ētiskie jautājumi — īpaši saistībā ar embrionālo cilmes šūnu izmantošanu, jo to iegūšana prasa embrija iznīcināšanu. Tas ir radījis plašas diskusijas un regulējumus dažādās valstīs.
- Drošība — pluripotentu šūnu pielietojumi var radīt risku ar teratomu (udu) veidošanos, ja diferenciācija nav pilnībā kontrolēta.
- Imūnreakcijas — transplantācijās iespējams imūnsistēmas atteiksmes risks; iPSC tehnoloģija mazina šo problēmu, ja šūnas iegūtas no paša pacienta.
- Tehnoloģiskās grūtības — efektīva un droša diferenciācija, ilgtspējīga audu integrācija un mērogojama ražošana ir jomas, kur nepieciešami turpmāki pētījumi.
Nākotnes virzieni
Pētniecība turpinās vairākos virzienos: uzlabot drošu diferenciāciju un vadāmu audu veidošanu, attīstīt šūnu terapijas hroniskām slimībām, izstrādāt personalizētas terapijas un padarīt cilmes šūnu balstītās procedūras plašāk pieejamas. Arī audu kultūrā iegūtās metodikas un biomateriāli attīstās, kas palielina iespējas radīt funkcionālus audus un orgānus nākotnē.
Cilmes šūnu pētījumi un klīniskā izmantošana turpina attīstīties strauji; jau tagad tās palīdz glābt dzīvības un sniedz cerību ārstēt slimības, kurām iepriekš nebija efektīvas terapijas.
Cilvēka embriju cilmes šūnas A: šūnu kolonijas, kas vēl nav diferencējušās. B: Nervu šūnas
Embrionālās cilmes šūnas
Embrionālās cilmes šūnas (ES šūnas) ir cilmes šūnas, kas iegūtas no agrīnas stadijas embrija, ko sauc par blastocistu, iekšējās šūnu masas. Cilvēka embriji sasniedz blastocistas stadiju 4-5 dienas pēc apaugļošanas. Šajā laikā tie sastāv no 50 līdz 150 šūnām.Cilmes šūnu stāvokli un to, par ko pārvēršas meitas šūnas, ietekmē citu embrija šūnu signāli.
Cilvēka embrionālo cilmes šūnu kolonija
Pieaugušo cilmes šūnas
Pieaugušo cilmes šūnas pastāv visā organismā pēc embrionālās attīstības beigām. Tās ir sastopamas dažādu veidu audos un nedalās, līdz iestājas slimība vai audu bojājums. Tās ir neatgriezeniski pārveidojušās par specializētām šūnām un zaudējušas spēju dalīties un specializēties tālāk. Pieaugušo cilmes šūnu priekšrocība ir tā, ka pastāv mazāka atmešanas varbūtība. Trūkums ir tas, ka to iegūšana ir ierobežota.
Augu cilmes šūnas
Augu cilmes šūnas ir nespecializētas un var attīstīties par jebkura veida augu šūnām. Tās specializējas par sakņu, lapu vai ziedu šūnām. Cilmes šūnas ir atrodamas meristēmā, sakņu un stublāju galotnēs. Tās nodrošina augšanas turpināšanos.
Augu klonēšana
Tie ir augi, kas izaudzēti no spraudeņiem (tātad tas pats augs). Tie ir iemērkti hormonu iesakņošanās pulverī, lai attīstītu lielāku sakņu sistēmu. Tie pārvēršas audos (piemēram, ksilēmā un flolēmā) un orgānos (piemēram, saknēs, lapās un ziedos), tādējādi kļūstot par pilnīgi jaunu augu.
Augu klonēšana ir lēts veids, kā iegūt jaunu augu.
Cilmes šūnas medicīnā
Dažus vēža veidus var ārstēt ar cilmes šūnām. Kā piemēru var minēt leikēmiju, balto asinsķermenīšu vēzi.
Šim procesam ir divi posmi:
- Ķīmijterapija un staru terapija, lai iznīcinātu vēža baltos asinsķermenīšus un apturētu to veidošanos. Tomēr tā rezultātā pacientam var rasties nopietni novājināta imūnsistēma ar infekcijas risku.
- Kaulu smadzeņu, kas satur veselīgas cilmes šūnas, transplantācija (lai ražotu normālas WBC).
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir cilmes šūnas?
A: Cilmes šūnas ir ķermeņa šūnas (somatiskās šūnas), kas var dalīties un diferencēties. Tās vēl nav specializējušās par noteikta veida šūnām, bet tās var mainīties, lai kļūtu par kāda veida specializētām šūnām.
J: Kur ir atrodamas cilmes šūnas?
A: Cilmes šūnas ir sastopamas vairumā augu un dzīvnieku, ja ne visos.
J: Kad sākās pētījumi cilmes šūnu jomā?
A.: Pētījumi cilmes šūnu jomā sākās pēc atklājumiem, kas izdarīti pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados.
J: Kādi ir divi plašāki zīdītāju cilmes šūnu veidi?
A: Divi plašāki zīdītāju cilmes šūnu veidi ir embrionālās cilmes šūnas un pieaugušo cilmes šūnas, kas atrodamas pieaugušo audos.
J: Kā organismi izmanto cilmes šūnas?
A.: Organismi izmanto cilmes šūnas, lai aizstātu bojātus vai zaudētus audus, kā arī uzturētu normālu asins, ādas un zarnu audu apriti.
J: Kā pētnieki var izmantot cilmes šūnas?
A: Pētnieki tās var izmantot medicīnas terapijā, un paredzams, ka nākotnē tās tiks izmantotas daudzās terapijās.
