What Is a Stem Cell?
A stem cell is a cell that has the ability to divide (self replicate) for indefinite periods-often throughout the life of the organism. W odpowiednich warunkach, lub biorąc pod uwagę odpowiednie sygnały, komórki macierzyste mogą dać początek (różnicować się) do wielu różnych typów komórek, które tworzą organizm. To znaczy, komórki macierzyste mają potencjał do rozwoju w dojrzałe komórki, które mają charakterystyczne kształty i wyspecjalizowane funkcje, takie jak komórki serca, komórki skóry lub komórki nerwowe.
The Differentiation Potential of Stem Cells: Basic Concepts and Definitions
Wiele terminów używanych do definiowania komórek macierzystych zależy od zachowania komórek w nienaruszonym organizmie (in vivo), w określonych warunkach laboratoryjnych (in vitro) lub po przeszczepieniu in vivo, często do tkanki, która różni się od tej, z której pochodzą komórki macierzyste.
Na przykład, o zapłodnionym jaju mówi się, że jest totipotentne – od łacińskiego totus, co oznacza całość – ponieważ ma ono potencjał do generowania wszystkich komórek i tkanek, które tworzą embrion i które wspierają jego rozwój in utero. Zapłodnione jajo dzieli się i różnicuje, aż powstanie z niego dojrzały organizm. Dorosłe ssaki, w tym ludzie, składają się z ponad 200 rodzajów komórek. Należą do nich komórki nerwowe (neurony), komórki mięśniowe (miocyty), komórki skóry (nabłonkowe), komórki krwi (erytrocyty, monocyty, limfocyty, itd.), komórki kostne (osteocyty) i komórki chrząstki (chondrocyty). Inne komórki, które są niezbędne dla rozwoju embrionalnego, ale nie są włączane do ciała embrionu, to tkanki pozazarodkowe, łożysko i pępowina. Wszystkie te komórki powstają z jednej, totipotencjalnej komórki – zygoty, czyli zapłodnionego jaja.
Większość naukowców używa terminu pluripotencjalne do opisania komórek macierzystych, które mogą dać początek komórkom pochodzącym ze wszystkich trzech warstw zarodkowych embrionu – mezodermy, endodermy i ektodermy. Te trzy warstwy zarodkowe są embrionalnym źródłem wszystkich komórek ciała (patrz Rysunek 1.1. Różnicowanie tkanek człowieka). Wszystkie różne rodzaje wyspecjalizowanych komórek, z których zbudowane jest ciało, pochodzą z jednej z tych warstw zarodkowych (patrz Tabela 1.1. Embrionalne warstwy zarodkowe, z których rozwijają się zróżnicowane tkanki). “Pluri” – wywodzące się z łacińskiego plures – oznacza kilka lub wiele. Tak więc komórki pluripotencjalne mają potencjał, aby dać początek każdemu rodzajowi komórek, właściwość obserwowana w naturalnym przebiegu rozwoju embrionalnego i w pewnych warunkach laboratoryjnych.
Unipotencjalna komórka macierzysta, termin, który zwykle stosuje się do komórki w organizmach dorosłych, oznacza, że dane komórki są zdolne do różnicowania się tylko wzdłuż jednej linii. “Uni” pochodzi od łacińskiego słowa unus, które oznacza jeden. Może się również okazać, że dorosłe komórki macierzyste w wielu zróżnicowanych, nieuszkodzonych tkankach są zazwyczaj jednopotencjalne i dają początek tylko jednemu typowi komórek w normalnych warunkach. Proces ten pozwoliłby na stały stan samoodnowy tkanki. Jednakże, jeśli tkanka ulegnie uszkodzeniu i wymagane jest zastąpienie wielu typów komórek, pluripotencjalne komórki macierzyste mogą uaktywnić się w celu naprawienia szkody.
Zarodkowa komórka macierzysta jest określona przez jej pochodzenie – z jednego z najwcześniejszych etapów rozwoju zarodka, zwanego blastocystą. W szczególności, embrionalne komórki macierzyste pochodzą z wewnętrznej masy komórkowej blastocysty na etapie przed jej zagnieżdżeniem się w ścianie macicy. Embrionalna komórka macierzysta może się samoreplikować i jest pluripotentna – może dać początek komórkom pochodzącym ze wszystkich trzech warstw zarodkowych.
Dorosła komórka macierzysta jest niezróżnicowaną (niewyspecjalizowaną) komórką, która znajduje się w zróżnicowanej (wyspecjalizowanej) tkance; może się ona odnowić i stać się wyspecjalizowana w celu uzyskania wszystkich wyspecjalizowanych typów komórek tkanki, z której pochodzi. Dorosłe komórki macierzyste są zdolne do samoodnawiania się przez całe życie organizmu. Źródła dorosłych komórek macierzystych zostały znalezione w szpiku kostnym, krwiobiegu, rogówce i siatkówce oka, miazdze zęba, wątrobie, skórze, przewodzie pokarmowym i trzustce. W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych, w tym momencie nie ma wyizolowanych dorosłych komórek macierzystych, które są zdolne do tworzenia wszystkich komórek ciała. Oznacza to, że obecnie nie ma dowodów na istnienie dorosłych komórek macierzystych, które są pluripotentne.
Rysunek 1.1. Różnicowanie ludzkich tkanek.
(© 2001 Terese Winslow, Caitlin Duckwall)
| Embryonic Germ Layer | Differentiated Tissue |
|---|---|
| Endoderma | Tymia Tarczyca, przytarczyce Krtań, tchawica, płuca Pęcherz moczowy, pochwa, cewka moczowa Organy przewodu pokarmowego (wątroba, trzustka) Wyścielenie przewodu pokarmowego Wyścielenie dróg oddechowych |
| Mezoderma | Szpiku kostny (krew) Kora nadnerczy Tkanka limfatyczna Mięśnie szkieletowe, mięśnie gładkie i sercowe Tkanki łączne (w tym kości, chrząstki) Układ moczowo-płciowy Serce i naczynia krwionośne (układ naczyniowy) |
| Ektoderma | Skóra Tkanka nerwowa (neuroektoderma) Rdzeń nadnerczy Przysadka mózgowa Tkanka łączna głowy i twarzy Oczy, uszy |
.