czym różni się klonowanie reprodukcyjne od badań nad komórkami macierzystymi?
niedawne i aktualne prace nad komórkami macierzystymi, które są krótko podsumowane poniżej i omówione szerzej w ostatnim raporcie z Akademii krajowych zatytułowanym komórki macierzyste i przyszłość medycyny regeneracyjnej nie są bezpośrednio związane z klonowaniem reprodukcyjnym człowieka. Jednak zastosowanie wspólnego początkowego etapu-zwanego albo transplantacją jądrową lub transferem jądrowym komórek somatycznych (SCNT) – doprowadziło Kongres do rozważenia ustaw, które zakazują nie tylko klonowania reprodukcyjnego człowieka, ale także niektórych obszarów badań nad komórkami macierzystymi. Komórki macierzyste to komórki, które mają zdolność do wielokrotnego podziału i dają początek zarówno wyspecjalizowanym komórkom, jak i większej liczbie komórek macierzystych. Niektóre, takie jak niektóre komórki macierzyste krwi i mózgu, można uzyskać bezpośrednio od dorosłych, a inne można uzyskać z zarodków przedimplantacyjnych. Komórki macierzyste pochodzące z zarodków nazywane są embrionalnymi komórkami macierzystymi (komórki ES). Wyżej wymieniony raport z Akademii narodowych zawiera szczegółowy opis aktualnego stanu badań nad komórkami macierzystymi .
komórki ES nazywane są również pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi, ponieważ ich potomstwo obejmuje wszystkie typy komórek, które można znaleźć w zarodku poimplantacyjnym, płodzie i w pełni rozwiniętym organizmie. Pochodzą one z wewnętrznej masy komórek wczesnych zarodków (blastocysty). Komórki w wewnętrznej masie komórkowej danej blastocysty są genetycznie identyczne, a każdy blastocyst daje tylko jedną linię komórkową ES. Komórki macierzyste są rzadsze i trudniejsze do znalezienia u dorosłych niż w zarodkach przedimplantacyjnych, i okazało się trudniejsze do wyhodowania niektórych rodzajów dorosłych komórek macierzystych do linii komórkowych po izolacji .
produkcja różnych komórek i tkanek z komórek ES lub innych komórek macierzystych jest przedmiotem bieżących badań . Produkcja całych narządów innych niż szpik kostny (do zastosowania w przeszczepie szpiku kostnego) z takich komórek nie została jeszcze osiągnięta, a jej ostateczny sukces jest niepewny.
obecne zainteresowanie komórkami macierzystymi wynika z ich potencjału terapeutycznego przeszczepu poszczególnych zdrowych komórek, tkanek i narządów osobom cierpiącym na różne choroby i zaburzenia wyniszczające. Badania z dorosłymi komórkami macierzystymi wskazują, że mogą one być przydatne do takich celów, w tym do tkanek innych niż te, z których komórki zostały pozyskane . Na podstawie aktualnej wiedzy wydaje się mało prawdopodobne, aby dorośli okazali się wystarczającym źródłem komórek macierzystych dla wszystkich rodzajów tkanek . Linie komórkowe ES są potencjalnie interesujące dla przeszczepu, ponieważ jedna linia komórkowa może namnażać się w nieskończoność i może generować nie tylko jeden typ wyspecjalizowanej komórki, ale wiele różnych typów wyspecjalizowanych komórek (mózg, mięśnie i tak dalej), które mogą być potrzebne do przeszczepu . Jednak znacznie więcej badań będzie potrzebne, zanim wielkość potencjału terapeutycznego albo dorosłych komórek macierzystych lub komórek ES będzie dobrze zrozumiane.
jednym z najważniejszych pytań dotyczących potencjału terapeutycznego komórek macierzystych jest to, czy komórki, tkanki i być może pochodzące z nich narządy mogą być przeszczepione przy minimalnym ryzyku odrzucenia przeszczepu. Idealnie, dorosłe komórki macierzyste korzystne dla przeszczepu może pochodzić od samych pacjentów. Takie komórki lub tkanki pochodzące z nich byłyby genetycznie identyczne z własnymi pacjenta i nie byłyby odrzucane przez układ odpornościowy. Jednakże, jak wcześniej opisano, dostępność wystarczającej liczby dorosłych komórek macierzystych i ich potencjał do powstania pełnego zakresu typów komórek i tkanek są niepewne. Ponadto, w przypadku choroby, która ma pochodzenie genetyczne, własne dorosłe komórki macierzyste pacjenta nosiłyby tę samą wadę i musiałyby zostać wyhodowane i zmodyfikowane genetycznie, zanim mogłyby zostać wykorzystane do przeszczepu terapeutycznego.
zastosowanie transferu jądrowego komórek somatycznych lub transplantacji jądrowej oferuje alternatywną drogę do uzyskania komórek macierzystych, które mogłyby być wykorzystywane do terapii transplantacyjnych przy minimalnym ryzyku odrzucenia przeszczepu. Procedura ta-czasami nazywany klonowanie terapeutyczne, klonowanie badań lub niereproduktywne klonowanie, i określane tutaj jako przeszczep jądrowy do produkcji komórek macierzystych-będzie używany do generowania pluripotencjalnych komórek ES, które są genetycznie identyczne z komórkami biorcy przeszczepu . Tak więc, podobnie jak dorosłe komórki macierzyste, takie komórki ES powinny złagodzić odrzucenie obserwowane przy niezrównanych przeszczepach.
dwa rodzaje dorosłych komórek macierzystych—komórki macierzyste w szpiku kostnym tworzące krew i komórki macierzyste skóry—są jedynymi dwoma obecnie stosowanymi terapiami z komórkami macierzystymi. Jednak, jak zauważono w raporcie National Academies zatytułowanym komórki macierzyste i przyszłość medycyny regeneracyjnej, wiele pytań pozostaje, zanim można dokładnie ocenić potencjał innych dorosłych komórek macierzystych . Niewiele badań nad dorosłymi komórkami macierzystymi wystarczająco zdefiniowało potencjał komórki macierzystej, zaczynając od pojedynczej, wyizolowanej komórki, lub zdefiniowało niezbędne środowisko komórkowe do prawidłowego różnicowania lub czynniki kontrolujące wydajność, z jaką komórki ponownie zaludniają narząd. Istnieje potrzeba wykazania, że komórki pochodzące z wprowadzanych dorosłych komórek macierzystych przyczyniają się bezpośrednio do funkcji tkanek i poprawy zdolności do utrzymania dorosłych komórek macierzystych w hodowli bez różnicowania komórek. Wreszcie, większość badań, które zdobyły tak wiele uwagi zostały wykorzystane myszy, a nie ludzkie dorosłe komórki macierzyste.
komórki ES nie są pozbawione własnych potencjalnych problemów jako źródła komórek do przeszczepu. Wzrost ludzkich komórek ES w hodowli wymaga” podajnika ” warstwy komórek mysich, które mogą zawierać wirusy, a gdy pozwoli się różnicować komórki ES mogą tworzyć mieszaninę typów komórek na raz. Ludzkie komórki ES mogą tworzyć łagodne guzy po wprowadzeniu do myszy, chociaż potencjał ten wydaje się znikać, jeśli komórki mogą się różnicować przed wprowadzeniem do biorcy . Badania z komórkami ES myszy wykazały obiecujące w leczeniu cukrzycy, choroby Parkinsona i uszkodzenia rdzenia kręgowego .
komórki ES wykonane z przeszczepem jądrowym mają tę przewagę nad dorosłymi komórkami macierzystymi, że są w stanie dostarczyć praktycznie wszystkie typy komórek i są w stanie utrzymać się w hodowli przez długi czas. Aktualna wiedza jest jednak niepewna, a badania zarówno nad dorosłymi komórkami macierzystymi, jak i komórkami macierzystymi wykonanymi z transplantacji jądrowej są wymagane, aby zrozumieć ich potencjał terapeutyczny. (Ten punkt jest wyraźnie stwierdzony w znalezieniu i zaleceniu 2 komórek macierzystych i przyszłości medycyny regeneracyjnej, które stwierdza, po części, że ” badania zarówno embrionalnych, jak i dorosłych ludzkich komórek macierzystych będą wymagane do jak najskuteczniejszego rozwoju naukowego i terapeutycznego potencjału medycyny regeneracyjnej.”) Jest prawdopodobne, że komórki ES będą początkowo wykorzystywane do generowania pojedynczych typów komórek do przeszczepu, takich jak komórki nerwowe lub komórki mięśniowe. W przyszłości, ze względu na ich zdolność do powstawania wielu typów komórek, mogą być wykorzystywane do wytwarzania tkanek i, teoretycznie, złożonych narządów do przeszczepów. Będzie to jednak wymagało doskonalenia technik ukierunkowania ich specjalizacji na każdy z typów komórek składowych, a następnie zgromadzenia tych komórek w odpowiedniej proporcji i organizacji przestrzennej dla danego organu. To może być dość proste dla prostej struktury, takiej jak wysepka trzustkowa, która produkuje insulinę, ale jest to trudniejsze dla tkanek tak złożonych, jak te z płuc, nerek lub wątroby .
eksperymentalne procedury wymagane do wytworzenia komórek macierzystych poprzez transplantację jądrową polegałyby na przeniesieniu jądra komórkowego somatycznego od pacjenta do wyłuskanego jaja, hodowli in vitro zarodka do stadium blastocysty i wyprowadzeniu pluripotencjalnej linii komórkowej ES z wewnętrznej masy komórki tej blastocysty. Takie linie komórek macierzystych będą następnie wykorzystywane do uzyskania wyspecjalizowanych komórek (i, jeśli to możliwe, tkanek i narządów) w hodowli laboratoryjnej do przeszczepu terapeutycznego. Taka procedura, jeśli się powiedzie, może uniknąć poważnej przyczyny odrzucenia przeszczepu. Istnieje jednak kilka możliwych wad tego wniosku. Eksperymenty na modelach zwierzęcych sugerują, że obecność rozbieżnych białek mitochondrialnych w komórkach może tworzyć „drobne” antygeny transplantacyjne, które mogą powodować odrzucenie ; Nie stanowiłoby to problemu, gdyby jajko zostało oddane przez matkę biorcy przeszczepu lub samą biorcę. W przypadku niektórych chorób autoimmunologicznych transplantacja komórek sklonowanych z własnych komórek pacjenta może być nieodpowiednia, ponieważ komórki te mogą być celami trwającego procesu destrukcyjnego. I, podobnie jak w przypadku stosowania dorosłych komórek macierzystych, w przypadku choroby, która ma pochodzenie genetyczne, komórki ES pochodzące z przeszczepu jądrowego z własnych komórek pacjenta nosiłyby tę samą wadę i musiałyby być uprawiane i modyfikowane genetycznie, zanim mogłyby być wykorzystane do przeszczepu terapeutycznego. Zastosowanie innego źródła komórek macierzystych jest bardziej prawdopodobne (chociaż wymagana byłaby immunosupresja) niż trudne zadanie skorygowania jednego lub więcej genów, które są zaangażowane w chorobę w dorosłych komórkach macierzystych lub w linii komórek macierzystych pochodzących z przeszczepu jądrowego zainicjowanej jądrem od pacjenta.
oprócz transplantacji jądrowej istnieją dwie inne metody, za pomocą których badacze mogą być w stanie uzyskać komórki ES o zmniejszonej zdolności do odrzucenia. Bank ES linii komórkowych obejmujących wiele możliwych genetycznych makeups jest jedną z możliwości, chociaż National Academies raport zatytułowany komórki macierzyste i przyszłość medycyny regeneracyjnej ocenił to jako „trudne do wyobrażenia”. Alternatywnie, embrionalne komórki macierzyste mogą być zaprojektowane tak, aby wyeliminować lub wprowadzić pewne białka powierzchni komórek, czyniąc komórki niewidocznymi dla układu odpornościowego biorcy. Podobnie jak w przypadku proponowanego zastosowania wielu rodzajów dorosłych komórek macierzystych w transplantacji, żadne z tych podejść nie niesie niczego Bliskiego obietnicy sukcesu w tej chwili.
przygotowanie embrionalnych komórek macierzystych przez przeszczep jądrowy różni się od klonowania reprodukcyjnego tym, że nic nie jest wszczepiane do macicy. Kwestia tego, czy same komórki ES mogą dać początek kompletnemu embrionowi, może być łatwo błędnie zinterpretowana. Tytuły niektórych doniesień sugerują, że zarodki myszy mogą pochodzić wyłącznie z komórek ES . Jednak we wszystkich przypadkach komórki ES muszą być otoczone komórkami pochodzącymi z zarodka gospodarza, w szczególności trofoblastem i prymitywną endodermą. Oprócz tworzenia części Łożyska, komórki trofoblastowe blastocyst dostarczają niezbędnych sygnałów lub sygnałów wzorcowych do zarodka, które są wymagane do określenia orientacji przyszłej osi głowy i zadu (przednio-tylna). Ta informacja pozycyjna nie jest uwarunkowana genetycznie, ale jest nabywana przez komórki trofoblastu z wydarzeń zapoczątkowanych wkrótce po zapłodnieniu lub aktywacji jaja. Co więcej, ważne jest, aby sygnały pozycyjne były przekazywane do wewnętrznych komórek blastocysty w określonym oknie czasowym rozwoju . Izolowane masy komórek wewnętrznych mysich blastocyst nie wszczepiają się same, ale robią to w połączeniu z pęcherzykami trofoblastu z innego zarodka . W przeciwieństwie do tego, izolowane kępy komórek ES myszy wprowadzone do pęcherzyków trofoblastu nigdy nie powodują powstania niczego zdalnie przypominającego zarodek postimplantacyjny, w przeciwieństwie do niezorganizowanej masy trofoblastu. Innymi słowy, jedynym sposobem, aby komórki ES myszy uczestniczyły w normalnym rozwoju jest dostarczenie im komórek zarodkowych gospodarza, nawet jeśli komórki te nie pozostają żywotne przez cały okres ciąży (Richard Gardner, personal communication). Doniesiono, że ludzkie i naczelne komórki ES mogą powodować powstawanie komórek trofoblastowych w hodowli. Jednakże, te komórki trofoblastów prawdopodobnie nie mają sygnałów pozycyjnych normalnie nabytych podczas rozwoju blastocysty z jaja. W świetle wyników eksperymentów z mysimi komórkami ES opisanych powyżej, jest bardzo mało prawdopodobne, aby kępki ludzkich komórek ES umieszczone w macicy implantowały się i rozwinęły w płód. Doniesiono, że grudki ludzkich komórek ES w hodowli, podobnie jak grudki komórek es myszy, powodują niezorganizowane Agregaty znane jako ciała embrionalne .
oprócz ich zastosowania do przeszczepów terapeutycznych, komórki ES uzyskane w wyniku przeszczepu jądrowego mogą być wykorzystywane w laboratoriach do kilku rodzajów badań, które są ważne dla medycyny klinicznej i dla podstawowych badań w biologii rozwoju człowieka. Takich badań nie można było przeprowadzić z komórkami ES myszy lub małpy i prawdopodobnie nie będzie to możliwe z komórkami es przygotowanymi z normalnie zapłodnionych blastocyst. Na przykład komórki ES pochodzące od ludzi z chorobami genetycznymi mogą być przygotowane poprzez przeszczep jądrowy i umożliwiłyby analizę roli zmutowanych genów zarówno w rozwoju komórek, jak i tkanek, a także w dorosłych komórkach trudnych do zbadania w inny sposób, takich jak komórki nerwowe mózgu. Praca ta ma tę wadę, że wymagałaby użycia jaj dawców. Ale dla studiować wiele komórka Typ tam może być żadny alternatywa dla USE ES komórki; dla ten komórka Typ wyprowadzenie pierwotny komórka linia od ludzki tkanka jeszcze nie jest możliwy.
jeśli różnicowanie komórek ES na wyspecjalizowane typy komórek może być zrozumiałe i kontrolowane, zastosowanie przeszczepu jądrowego w celu uzyskania genetycznie zdefiniowanych ludzkich linii komórek ES pozwoliłoby na wytwarzanie genetycznie zróżnicowanych linii komórkowych, które nie są łatwo dostępne z zarodków, które zostały zamrożone lub które są w nadmiarze potrzeb klinicznych w klinikach IVF. Te ostatnie nie odzwierciedlają różnorodności ogólnej populacji i są przekrzywione w kierunku genomów par, w których kobieta jest starsza niż okres maksymalnej płodności lub jeden partner jest bezpłodny. Ponadto, może być ważne, aby produkować komórki macierzyste w drodze przeszczepu jądrowego od osób, które mają choroby związane zarówno z prostych i złożonych (wielogen) dziedzicznych upodobań genetycznych. Na przykład, niektórzy ludzie mają mutacje, które predysponują ich do „choroby Lou Gehriga” (stwardnienie zanikowe boczne lub ALS); jednak tylko niektóre z tych osób zachoruje, prawdopodobnie z powodu wpływu dodatkowych genów. Wiele powszechnych genetycznych upodobań do chorób ma podobnie złożoną etiologię; jest prawdopodobne, że więcej takich chorób będzie widoczne, jak informacje generowane przez Human Genome Project jest stosowany. Możliwe byłoby, przy użyciu komórek ES przygotowanych z przeszczepem jądrowym od pacjentów i osób zdrowych, porównanie rozwoju takich komórek i badanie podstawowych procesów modulujących upodobania do chorób.
ani praca z komórkami ES, ani praca prowadząca do tworzenia komórek i tkanek do przeszczepu, nie obejmuje umieszczania blastocyst w macicy. Tak więc, nie ma rozwoju embrionalnego poza stadium 64 do 200 komórek i nie ma rozwoju płodu.