Celulele stem explicate simplu (I)

Într-o zi din 1995, Chrostopher Reeve (actorul care l-a interpretat pe Superman), un călăreţ experimentat, a fost catapultat de pe calul său la pământ în timp ce participa la o competiţie. A aterizat în cap şi şi-a fracturat coloana vertebrala , măduva fiind zdrobită la ieşirea din craniu. Astfel, Reeve a devenit sursa de inspiraţie pentru cercetările în domeniul celulelor stem, cu speranţa ca un grup de astfel de celule să fie implantate şi să repare distrucţiile măduvei spinării.

Ce este însă o celulă stem?

Celula stem este o celulă care are capacitatea de a se diferenţia şi da naştere altor tipuri de celule (engl. stem=tulpină, deci mai multe celule diferite se pot forma dintr-o celulă stem). Astfel, celulele stem se pot dezvolta în celule mature care au forme şi funcţii caracteristice, precum celule ale inimii, pielii sau nervilor.

Celulele stem au proprietatea de a se divide, rezultand 2 celule stem identice, dar si proprietatea de a se diferentia in alte tipuri de celule.

Celulele stem au proprietatea de a se divide, rezultand 2 celule stem identice, dar si proprietatea de a se diferentia in alte tipuri de celule.

Clasificarea celulelor stem

În funcţie de originea lor, celulele stem pot fi embrionare sau adulte. Celulele stem embrionare pot proveni de la embrioni, fetuşi sau de la embrioni clonaţi în laborator (o să vedem mai încolo ce presupune clonarea terapeutică). Celulele stem adulte îşi au originea în organismul matur şi ajută la menţinerea şi repararea ţesuturilor în care se găsesc. Drept urmare, ele dau naştere în special celulelor precum cele din ţesutul din care provin.

În funcţie de tipurile de celule care se pot dezvolta dintr-o celulă stem, acestea din urmă se pot clasifica în: celule stem totipotente, celule stem pluripotente şi celule stem unipotente.

Astfel, după ce spermatozoidul se uneşte cu ovulul şi rezultă celula-ou sau zigotul, aceasta se numeşte totipotentă, adică are potenţialul de a genera toate tipurile de celule şi ţesuturi ce vor forma embrionul. La mamifere, doar zigotul şi celulele ce rezultă din următoarele câteva diviziuni au capacitatea de a genera toate tipurile de celule. După a cincea zi de la fecundare, celulele ce alcătuiesc embrionul sunt pluripotente. Celulele stem unipotente sunt celule capabile să se diferenţieze doar pe o singură linie; ele se găsesc la adulţi şi au rol în procesele de reparaţie.

În poză, sunt reprezentate primele stadii ale dezvoltării embrionului uman. Fertilizarea (unirea dintre spermatozoid şi ovul) are loc în treimea externă a trompei uterine. În urma fertilizării, rezulta celula ou sau zigot, care pe măsură ce se deplasează spre uter, începe de asemenea să se divizeze. După primele 2-3 zile de la fertilizare, embrionul se prezintă sub forma unei aglomerări de celule, stadiu care se numeşte morulă (embrionul seamană mai mult cu o mură, sau cu o minge de golf, alcătuit cam din 50 de celule). După aceasta, celulele se vor organiza în 2 straturi (în acest stadiu embrionul se numeşte blastocist): unul extern care se numeşte trofoblast, din care se va forma placenta, şi un strat intern, masa de celule internă, din care se vor dezvolta structurile corpului. Prelevarea de celule stem are loc în această fază, şi din această masă de celule internă.

Observaţie: tocmai de aceea celulele stem de după a 5-a zi sunt pluripotente şi nu totipotente, pt că ele nu se pot diferenţia şi în celulele stratului extern al blastocistului care va forma placenta. Deci, o celulă luată din masa internă nu este capabilă să se dezvolte în o altă fiinţă umană.

În a 7-a zi, blastocistul se va implanta la nivelul uterului.

În poza de mai sus sunt reprezentate mai clar primele stadii de deyvoltare embrionară. Blastocistul e alcatuit din celule dispuse in două straturi: unul exterior din care se va forma placenta şi unul interior, masa de celule internă, din care sunt recoltate celulele stem.

De ce sunt importante celulele stem?

Ei bine, ele sunt iportante tocmai datorită faptului că sunt celule nespecializate şi deci nu au nici o funcţie specifică unui organ anume. În anumite condiţii însă, celulele stem pot fi induse să se transforme în celule cu funcţii speciale, precum celulele cardiace sau celulele producătoare de insulină din pancreas. Astfel că, celulele stem au devenit speranţa a milioane de persoane care suferă de diferite boli. Doar în SUA, 16 milioane de oameni (incluzând sute de mii de copii) suferă de diabet. Peste 4,5 milioane au Parkinson, peste 5,5 milioane au boala Alzheimer şi aproape 5 milioane au insuficienţă cardiacă. Însă toate aceste cifre nu pot descrie imensa suferinţă a unui copil afectat de diabet zaharat de tip I care într-un final îşi va putea pierde vederea sau membrele, sau suferinţa unei mame ce nu-şi poate recunoaşte copilui din cauza bolii Alzheimer.

Cum s-a ajuns la descoperirea celulelor stem?

Încă din antichitate, filosofi precum Anaxagora sau Empedocle, membrii ai şcolii pitagoreice, credeau că urmaşii rezultă din unirea unor seminţe de la părinţi.

Empedocle (490-430 î.C) stânga şi Aristotel (384-322 î.C) dreapta.

Aristotel a propus 2 modele de dezvoltare: în primul, un individ în miniatură e ar fi prezent în corpul mamei şi începe să crească atunci când e stimulat în mod adecvat. Cea de-a doua teorie propune ca embrionul începe ca o masă nediferenţiată apoi noi părţi sunt adăugate în timpul dezvoltării. Această a 2-a teorie a lui Aristotel constituie de altfel un concept rudimentar despre celulele stem.

Hipocrate, părintele medicinii, şi mai târziu Galen au intuit că seminţele de la ambele sexe contribuie la formarea copilului.

Hipocrate (460-370 î.C) stânga şi Galen (129-200 d.C) dreapta.

În evul mediu, puţine informaţii au fost aduse în domeniul medicinei. Apoi, odată cu decoperirea microscopului de către olandezul Anton van Leeuwehoek, lucrurile au început să fie mai clare. Cercetători precum Karl Ernst von Baer sau Edouard van Beneden au descris în detaliu primele faze în dezvoltarea embrionilor la diferite animale.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) stânga şi Karl Ernst von Baer (1792-1876) dreapta

Descoperirea ADN-ului din a doua jumătate a sec.XX (1953) a dus la o şi mai mare apropiere de ideea de celulă stem.

O altă idee ce a dus la descoperirea celulelor stem a fost observarea faptului că multe animale (şopârle, salamandre) sunt capabile să îşi regenereze diferite părţi ale corpului atunci când acestea sunt distruse.

Studiul teratoamelor au dus deasemeni la speculaţii despre celulele stem. Teratomul este o tumoare alcătuită din celule străine de locul în care se dezvoltă. Astfel se poate dezvolta ţesut respirator în testicule de exemplu, sau dinţi, păr în ovare (greacă teratos=monstru). În imaginea de mai jos vedem un ovar secţionat, în interiorul căruia s-a dezvoltat un dinte. Pe la mijlocul sec.XX, oamenii de ştiinţă, observând diferite teratoame, s-au gândit că acestea trebuie să provină din acelaşi tip de celule din care se formează şi ţesuturile normale din jur (ovarian, testicular), deci celulele testiculare de exemplu, şi dinţii provin din acelaşi tip de celule, au un strămoş comun.

Celulele stem după 1990

Izolarea celulelor stem embrionare s-a întâmplat simultan în două laboratoare: o echipă de la Universitatea de Medicină John Hopkins din Baltimore, SUA, au cultivat celule stem de la fetuşi avortaţi; o a doua echipă, de la Centrul de Cercetare al Primatelor Wisconsin au utilizat resturi de blastocişti de la clinicile de fertilizare in vitro.

Echipa de la Universitatea de Medicină John Hopkins din Baltimore a fost condusă de John Gerhart. Ei au prelevat celule germinale (cele care prin diviziuni succesive vor duce la formarea spermatozoizilor sau ovulelor) din gonadele fetuşilor avortaţi, iar în noiembrie 1998 au anunţat că au reuşit să inducă multiplicarea acelor celule care s-au dezvoltat până la stadiul de blastocist.

În paralel, James Thomson şi echipa sa de la Centrul de Cercetare al Primatelor din Wisconsin au reuşit să izoleze celule stem embrionare umane. Ei au anunţat acest lucru pe 6 noiembrie 1998. Pentru aceasta au utilizat resturi de blastocişti de la clinicile de fertilizare in vitro.

Cultivarea celulelor stem

1. Surse de celule stem:

-din maduva osoasa: se pot diferentia in toate tipurile de cel. sangvine, cel. ce alcatuiesc peretii vasculari, cel. ale inimii.

-din sangele periferic de la adulti: in cel epiteliale ale tubului digestiv si pielii.

-celule stem embrionare: pot da orice tip de celula.

-din lichidul amniotic, din cordonul ombilical, din muschi.

-prin clonare terapeutica. Clonarea terapeutică reprezintă dezvoltarea embrionilor pentru a fi utilizaţi în tratamentul bolilor. Metoda presupune ca informaţia genetică a unei celule somatice (de exemplu, o celulă din piele) să fie transferată într-un ovul din care ADN-ul a fost eliminat. Când ovulul e pus într-un mediu de cultură, începe să se multiplice, iar când atinge stadiul de blastocist, cercetătorii izolează şi cultivă celulele stem din masa interioară.Clonarea terapeutică e diferită de clonarea reproductivă, care ar presupune plasarea ovulului clonat într-un uter.

2. Creşterea şi menţinerea celulelor: celulele care cresc în laborator se numesc culturi celulare. Cultivarea celulelor stem presupune în mare 3 etape: recoltarea din sursele mai sus menţionate, multiplicarea lor fără însă a le induce să se diferenţieze, iar în final, când avem destule celule cât să ne ajungă, se stimulează cu diferiţi factori de creştere pentru a se diferenţia pe linia dorită.

Odată recoltate, celulele trebuie menţinute în condiţii speciale, în medii sterile. Mediile de cultură constau în celule embrionare de la şoareci. Motivul pentru care sunt necesare aceste celule de la şoareci este pentru a oferi celulelor umane un mediu lipicios şi care să ofere nutrienţi. Însă mediile de cultură cu celule de la şoareci sunt o problemă pentru că ele pot fi sursa unor infecţii virale sau altor microorganisme. Recent însă s-au dezvoltat alte medii de cultură formate din material proteic (martie 2005, Robert Lanza).

În cursul următoarelor zile, celulele embrionare încep să prolifereze. Ele pot prolifera astfel multe luni de zile, fără să se diferenţieze.

După ce sunt recoltate, celulele stem sunt multiplicate pe diferite medii de cultură, apoi în prezenţa factorilor de creştere, se vor diferenţia spre linia care ne interesează.

După ce celulele stem sunt înmulţite, ele trebuie determinate să se diferenţieze într-un anumit tip de celule de care avem nevoie. Acest lucru se întâmplă dacă expunem celulele la anumiţi factori de creştere, hormoni etc.

Mulţi factori de creştere sunt proteine ce se leagă de anumiţi receptori celulari acţionând ca o enzimă ce poate fosforila sau activa alte proteine. Fosforilarea este un proces ce funcţionează ca un comutator către alte procese. Astfel, celulele embrionare pot produce celule epiteliale sau neuroni dacă sunt expuse la EGF (epidermal growth factor) sau NGF (nerv growth factor), pot produce os, cartilaj, muşchi netezi şi striaţi în prezenţa LIF (factor inhibitor leucemic), pot produce celule adipoase în prezenţa TGF (transforming growth factor).

Articol scris de Raul Sandu. Il puteti citi si pe www.StiintaAzi.ro

1 comentariu

Filed under Medicină

One response to “Celulele stem explicate simplu (I)

  1. Florin Mazilu

    Foarte frumos articolul. Am intrat din greseala aici, dar imi place ce am gasit. Raul, tu esti medic?

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s