Co je to kmenová buňka?

Kmenová buňka je buňka, která má schopnost dělit se (samoreplikace) po neomezenou dobu – často po celý život organismu. Za správných podmínek nebo při správných signálech mohou kmenové buňky dát vzniknout (diferencovat se) mnoha různým typům buněk, které tvoří organismus. To znamená, že kmenové buňky mají potenciál vyvinout se ve zralé buňky, které mají charakteristický tvar a specializované funkce, jako jsou srdeční buňky, kožní buňky nebo nervové buňky.

Diferenciační potenciál kmenových buněk: Základní pojmy a definice

Mnoho pojmů používaných pro definici kmenových buněk závisí na chování buněk v intaktním organismu (in vivo), za specifických laboratorních podmínek (in vitro) nebo po transplantaci in vivo, často do jiné tkáně, než ze které byly kmenové buňky získány.

Například se říká, že oplodněné vajíčko je totipotentní – z latinského totus, což znamená celé – protože má potenciál vytvářet všechny buňky a tkáně, které tvoří embryo a které podporují jeho vývoj v děloze. Oplodněné vajíčko se dělí a diferencuje, dokud z něj nevznikne zralý organismus. Dospělí savci včetně člověka se skládají z více než 200 druhů buněk. Patří mezi ně nervové buňky (neurony), svalové buňky (myocyty), kožní (epitelové) buňky, krevní buňky (erytrocyty, monocyty, lymfocyty atd.), kostní buňky (osteocyty) a buňky chrupavky (chondrocyty). Mezi další buňky, které jsou nezbytné pro embryonální vývoj, ale nejsou začleněny do těla embrya, patří extraembryonální tkáně, placenta a pupečník. Všechny tyto buňky vznikají z jediné totipotentní buňky – zygoty neboli oplozeného vajíčka.

Většina vědců používá termín pluripotentní k označení kmenových buněk, které mohou dát vzniknout buňkám odvozeným ze všech tří embryonálních zárodečných vrstev – mezodermu, endodermu a ektodermu. Tyto tři zárodečné vrstvy jsou embryonálním zdrojem všech buněk těla (viz obrázek 1.1. Diferenciace lidských tkání). Všechny různé druhy specializovaných buněk, které tvoří tělo, jsou odvozeny z jedné z těchto zárodečných vrstev (viz tabulka 1.1. Embryonální zárodečné vrstvy, ze kterých se vyvíjejí diferencované tkáně). “Pluri” – odvozeno z latinského plures – znamená několik nebo mnoho. Pluripotentní buňky tedy mají potenciál dát vzniknout jakémukoli typu buňky, což je vlastnost pozorovaná v přirozeném průběhu embryonálního vývoje a za určitých laboratorních podmínek.

Unipotentní kmenová buňka, termín, který se obvykle používá pro buňky dospělých organismů, znamená, že dané buňky jsou schopny diferenciace pouze v jedné linii. “Uni” je odvozeno z latinského slova unus, což znamená jeden. Také je možné, že dospělé kmenové buňky v mnoha diferencovaných, nepoškozených tkáních jsou obvykle unipotentní a za normálních podmínek dávají vznik pouze jednomu typu buněk. Tento proces by umožnil stabilní stav sebeobnovy tkáně. Pokud však dojde k poškození tkáně a je nutná náhrada více buněčných typů, mohou se aktivovat pluripotentní kmenové buňky, které poškození opraví .

Embryonální kmenová buňka je definována svým původem – pochází z jednoho z nejranějších stádií vývoje embrya, tzv. blastocysty. Konkrétně jsou embryonální kmenové buňky odvozeny z vnitřní buněčné hmoty blastocysty ve stadiu předtím, než by se implantovala do děložní stěny. Embryonální kmenová buňka se může sama replikovat a je pluripotentní – může dát vzniknout buňkám odvozeným ze všech tří zárodečných vrstev.

Dospělá kmenová buňka je nediferencovaná (nespecializovaná) buňka, která se nachází v diferencované (specializované) tkáni; může se obnovovat a specializovat, aby dala vzniknout všem specializovaným typům buněk tkáně, z níž pochází. Dospělé kmenové buňky jsou schopny sebeobnovy po celou dobu života organismu. Zdroje dospělých kmenových buněk byly nalezeny v kostní dřeni, krevním řečišti, rohovce a sítnici oka, zubní dřeni zubu, játrech, kůži, gastrointestinálním traktu a slinivce břišní. Na rozdíl od embryonálních kmenových buněk v současné době neexistují izolované dospělé kmenové buňky, které by byly schopny tvořit všechny buňky těla. To znamená, že v současné době neexistuje žádný důkaz o dospělé kmenové buňce, která by byla pluripotentní.

Obrázek 1.1. Diferenciace lidských tkání.

(© 2001 Terese Winslow, Caitlin Duckwall)

Tabulka 1.1. Embryonální zárodečné vrstvy, z nichž se vyvíjejí diferencované tkáně

Embryonální zárodečná vrstva	Diferencovaná tkáň
Endoderm	Thymus Tyreoidea, příštítná tělíska Hrtan, průdušnice, plíce Močový měchýř, pochva, močová trubice Gastrointestinální (GI) orgány (játra, slinivka břišní) Výstelka trávicího traktu Výstelka dýchacího traktu
Mezoderma	Kostní dřeň (krev) Kůra nadledvin Lymfatická tkáň Kosterní, hladká a srdeční svalovina Spojovací tkáně (včetně kostí, chrupavky) Urogenitální soustava Srdce a cévy (cévní soustava)
Ektoderm	Kůže Neurální tkáň (neuroektoderm) Dřeň nadledvin Hypofýza Spojovací tkáň hlavy a obličeje Oči, uši

Dřeň nadledvin
Srdce a cévy (cévní soustava)
Srdce a cévy (cévní soustava)

Kůže