Komórki macierzyste – fakty i mity

Tekst: dr Karolina Chodkowska

Foto: Paulina Dudzik-Deko

Terapia komórkami macierzystymi jest coraz popularniejszym rozwiązaniem stosowanym szczególnie w ortopedii koni. Wiele problemów związanych z aparatem ruchu można skutecznie leczyć tą metodą. W związku z faktem, że komórki macierzyste badane są przez wielu światowej sławy naukowców i lekarzy klinicystów, pojawia się coraz więcej pytań na temat ich skuteczności, ale i niebezpieczeństw, jakie mogą się pojawić ze względu na coraz szersze próby ich stosowania.

Trochę teorii

U koni pierwsze doniesienia na temat pozyskania komórek macierzystych ze szpiku kostnego, ich hodowli in vitro i różnicowaniu pojawiły się ponad 20 lat temu. Pierwsze prace dotyczące tego zagadnienia opublikowano w latach 2003–2004 i to od tego czasu obserwuje się coraz większe zainteresowanie komórkami macierzystymi nie tylko w hipiatrii, ale całej weterynarii.

Istnieje kilka podziałów komórek macierzystych. Dwa główne kryteria podziału to pochodzenie (komórki zarodkowe, płodowe lub dorosłe) i potencjał różnicowania (komórki totipotencjalne, pluripotencjalne, multipotencjalne, unipotencjalne).

Zarodkowe komórki macierzyste (ang. Embryonic Stem Cells – ESC) to komórki, które mają w warunkach in vitro nieograniczoną zdolność do samoodnowy i są pluripotentne, czyli mogą zróżnicować się we wszystkie tkanki organizmu z wyjątkiem łożyska. Zarodkowa komórka macierzysta jest już obecna około tygodnia po zapłodnieniu. Po ósmym dniu rozwoju embrionalnego komórki macierzyste są nadal obecne, ale zostaną przypisane do jednej linii zarodkowej (grupy typów tkanek) i nie będą już uważane za embrionalne. Zaangażowanie w jedną linię zarodkową oznacza, że komórki macierzyste przeszły z pluripotencjalnej do multipotencjalnej i są uważane za pochodzące od osoby dorosłej, mimo że znajdują się w rozwijającym się płodzie. To właśnie z tymi komórkami nadal wiąże się ogromne nadzieje, ze względu na ich szeroki potencjał różnicowania. Jednak pewne aspekty powodują, że sporo badań na ten temat nadal jest w fazie przedklinicznej.

Im starsze stają się te komórki, tym spada ich potencjał do namnażania się w specjalnych hodowlach komórkowych i nie różnicują się tak łatwo w różne typy komórek. Z tego powodu rośnie zainteresowanie bankiem embrionalnych i płodowych komórek macierzystych, które mogą być do wykorzystania w przyszłości. Dorosłe komórki macierzyste (ang. Adult Stem Cells – ASC) to te znajdujące się w tkankach ludzi i zwierząt w okresie postnatalnym pozamacicznym, trwającym od urodzenia do śmierci. Komórki te tworzą niejako rezerwę regeneracyjną. W warunkach doświadczalnych od zwierząt wyizolowano je niemal ze wszystkich tkanek, także z tych, których potencjał do regeneracji jest niewielki, np. z tkanki nerwowej. Warto pamiętać, że populacja tego rodzaju komórek nie jest duża, izolacja jest dość trudna, a ich potencjał do samoodnowy i różnicowania nie jest tak imponujący jak w przypadku komórek embrionalnych.

Tu warto wspomnieć o komórkach macierzystych ASCs/SIRT1+. Do terapii u koni izolowane są z podskórnej tkanki tłuszczowej. Ich wyjątkowe właściwości wynikają z wysokiego działania immunomodulacyjnego, co pozwala zmniejszyć odczyn zapalny. Komórki te aktywują limfocyty T regulatorowe, co znacząco przedłuża efekt przeciwzapalny.

Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) to grupa komórek przylegających do podłoża, stanowiących zrąb szpiku kostnego i wykazujących duże zdolności do samoodnowy i wielokierunkowego różnicowania. Komórki te mają możliwość różnicowania się m.in. w tkankę kostną, chrzęstną i tłuszczową. Jako ciekawostkę warto wskazać, że komórki te przy odpowiednim traktowaniu mogą także różnicować się w komórki mięśniowe, hepatocyty (komórki wątroby), a nawet neurony. Dodatkowo MSC wykazują zdolność syntetyzowania i wydzielania bardzo licznych cytokin i czynników wzrostowych bardzo ważnych w procesie regeneracji. Przyjmuje się (wiele badań to potwierdza), że substancje wydzielane przez wspomniane komórki oddziałują na sąsiadujące tkanki i wpływają na procesy związane z regeneracją. Najbardziej znanym źródłem macierzystych komórek mezenchymalnych jest szpik kostny. Zawartość komórek macierzystych w tkankach jest jednak bardzo niewielka. W przypadku szpiku kostnego MSC to jedynie 0,01–0,001% populacji komórek jednojądrzastych. Odsetek MSC wśród komórek jądrzastych izolowanych z tkanki tłuszczowej jest znacząco większy, bo stanowi ok. 1–2%. Całkowita liczba komórek przypadająca na gram tkanki jest dużo mniejsza w tkance tłuszczowej niż w szpiku. W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się komórki macierzyste pozyskiwane właśnie z tkanki tłuszczowej. Materiał pobierany jest z okolicy nasady (rzepa) ogona u stojącego konia poddanego sedacji. W pobranym materiale znajdują się komórki jądrzaste pochodzenia tłuszczowego, których 2–4% to komórki macierzyste pochodzenia tłuszczowego (adipose derived mesenchymal stem cells – AD-MSCs). Kolejnym etapem, tak jak w przypadku komórek pochodzących ze szpiku kostnego, jest ich hodowla w warunkach in vitro.

Komórki macierzyste ze szpiku kostnego u koni pozyskuje się, wykonując biopsję szpiku z mostka lub guza biodrowego. Do izolacji komórek wystarczy ok. 5 ml szpiku (w 1 ml znajduje się ok. 100–1000 komórek macierzystych). Materiał może zostać poddany hodowli in vitro w celu zwiększenia liczby i uzyskania jednorodnej populacji komórek. Jest także druga metoda – odwirowanie punktatu. Uzyskuje się wtedy specjalną zawiesinę, która zawiera mezenchymalne komórki macierzyste (w niewielkiej ilości), ale także płytki krwi, leukocyty i czynniki wzrostu (Bone Marrow Concentrate = Bone Marrow Mononucleated Cells – BMMNC).

Pozyskiwanie komórek macierzystych ze szpiku jest najstarszą, najbardziej powszechną metodą i dzięki temu komórki te są najbardziej przebadane spośród wszystkich komórek macierzystych stosowanych w weterynarii. Pozostałe komórki, poza pozyskiwanymi z tkanki tłuszczowej, stosowane w weterynarii są częściej w pracach badawczych niż jako terapia w terenie.

Warto wspomnieć, że coraz więcej prac naukowych pojawia się w zakresie stosowania komórek macierzystych allogenicznych i ksenogenicznych, które mogą być ciekawą alternatywą dla autologicznych komórek macierzystych. W przypadku komórek allogenicznych i ksenogenicznych hodowla komórkowa jest prowadzona niezależnie od biorcy, dzięki czemu możliwe jest ich podanie stosunkowo szybko, w optymalnym po uszkodzeniu terminie.

Nie tylko ortopedia

Komórki macierzyste u koni najczęściej stosowane są w leczeniu chorób ścięgien. Coraz więcej prac naukowych potwierdza wysoką skuteczność tej terapii szczególnie po wykorzystaniu wstrzyknięć dościęgnowych pod kontrolą ultrasonograficzną, co pozwala na niezwykle precyzyjne ich podanie, dzięki któremu lekarz może podać środki lecznicze bezpośrednio w miejsce uszkodzenia.

W przypadku leczenia urazów ścięgien wykorzystywane są następujące rodzaje komórek macierzystych:

1) mezenchymalne komórki macierzyste (mesenchymal stem cells – MSCs):

  1. a) szpikowe (BMDCs), b) tłuszczowe, c) krwi, d) ścięgnowe, e) allogeniczne lub ksenogeniczne.

2) embrionalne komórki macierzyste (embryonic stem cells – ESCs).

Naukowcy przedstawiają dwie teorie dotyczące mechanizmu działania komórek macierzystych. Komórki po wstrzyknięciu w miejsce uszkodzenia wspomagają proces gojenia poprzez różnicowanie się w komórki uszkodzonej tkanki albo poprzez wydzielanie specjalnych cytokin i czynników wzrostu, które pomagają w regeneracji. Najlepsze efekty stosowania MSC otrzymuje się w ciągu 4 tygodni po urazie, przed ukończeniem naturalnego bliznowacenia ścięgna, ale! Przygotowanie odpowiednio licznej, czystej populacji komórek to okres ok. 3 tygodni, co wskazuje na to, że biorąc pod uwagę leczenie autologicznymi komórkami macierzystymi, należy pobrać szpik kostny w ciągu pierwszych kilku dni po urazie.

Choć komórki macierzyste najszerzej stosowane są w ortopedii, to coraz więcej słyszy się o ich pozytywnym działaniu np. w okulistyce.

Całość przeczytasz w styczniowo-lutowym wydaniu „Koni i Rumaków”.