cum diferă clonarea reproductivă de cercetarea celulelor STEM?
lucrările recente și actuale privind celulele stem care sunt rezumate pe scurt mai jos și discutate mai pe deplin într-un raport recent al Academiilor Naționale intitulat celulele Stem și viitorul medicinei Regenerative nu sunt direct legate de clonarea reproductivă umană. Cu toate acestea, utilizarea unui pas inițial comun—numit fie transplant nuclear, fie transfer nuclear de celule somatice (SCNT)—a determinat Congresul să ia în considerare proiecte de lege care interzic nu numai clonarea reproductivă umană, ci și anumite domenii ale cercetării celulelor stem. Celulele Stem sunt celule care au capacitatea de a se diviza în mod repetat și dau naștere atât celulelor specializate, cât și mai multor celule stem. Unele, cum ar fi unele celule stem din sânge și creier, pot fi derivate direct de la adulți, iar altele pot fi obținute din embrioni preimplantați. Celulele Stem derivate din embrioni se numesc celule stem embrionare (celule ES). Raportul menționat mai sus de la Academiile Naționale oferă o prezentare detaliată a stadiului actual al cercetării celulelor stem .
celulele ES sunt, de asemenea, numite celule stem pluripotente, deoarece descendenții lor includ toate tipurile de celule care pot fi găsite într-un embrion postimplantare, un făt și un organism complet dezvoltat. Acestea sunt derivate din masa celulară interioară a embrionilor timpurii (blastociste) . Celulele din masa celulară interioară a unui blastocist dat sunt identice genetic și fiecare blastocist produce doar o singură linie celulară ES. Celulele Stem sunt mai rare și mai greu de găsit la adulți decât în embrionii preimplantați și s-a dovedit mai greu să crească unele tipuri de celule stem adulte în linii celulare după izolare .
producția de celule și țesuturi diferite din celule ES sau alte celule stem este un subiect al cercetării actuale . Producția de organe întregi, altele decât măduva osoasă (pentru a fi utilizate în transplantul de măduvă osoasă) din astfel de celule nu a fost încă realizată, iar succesul său final este incert.
interesul actual pentru celulele stem provine din potențialul lor de transplant terapeutic al anumitor celule, țesuturi și organe sănătoase în oameni care suferă de o varietate de boli și tulburări debilitante. Cercetările efectuate cu celule stem adulte indică faptul că acestea pot fi utile în astfel de scopuri, inclusiv pentru alte țesuturi decât cele din care au fost derivate celulele . Pe baza cunoștințelor actuale, este puțin probabil ca adulții să se dovedească a fi o sursă suficientă de celule stem pentru toate tipurile de țesuturi . Liniile celulare ES sunt de interes potențial pentru transplant, deoarece o linie celulară se poate multiplica la nesfârșit și poate genera nu doar un tip de celulă specializată, ci multe tipuri diferite de celule specializate (creier, mușchi și așa mai departe) care ar putea fi necesare pentru transplanturi . Cu toate acestea, vor fi necesare mult mai multe cercetări înainte ca amploarea potențialului terapeutic al celulelor stem adulte sau al celulelor ES să fie bine înțeleasă.
una dintre cele mai importante întrebări referitoare la potențialul terapeutic al celulelor stem este dacă celulele, țesuturile și, probabil, organele derivate din acestea pot fi transplantate cu un risc minim de respingere a transplantului. În mod ideal, celulele stem adulte avantajoase pentru transplant ar putea fi derivate de la pacienții înșiși. Astfel de celule sau țesuturi derivate din ele ar fi identice genetic cu ale pacientului și nu ar fi respinse de sistemul imunitar. Cu toate acestea, așa cum s-a descris anterior, disponibilitatea unor celule stem adulte suficiente și potențialul lor de a da naștere unei game complete de tipuri de celule și țesuturi sunt incerte. Mai mult, în cazul unei tulburări care are o origine genetică, propriile celule stem adulte ale unui pacient ar purta același defect și ar trebui să fie cultivate și modificate genetic înainte de a putea fi utilizate pentru transplantul terapeutic.
aplicarea transferului nuclear de celule somatice sau a transplantului nuclear oferă o cale alternativă de obținere a celulelor stem care ar putea fi utilizate pentru terapiile de transplant cu un risc minim de respingere a transplantului. Această procedură-uneori numită clonare terapeutică, clonare de cercetare sau clonare nereproductivă și denumită aici transplant nuclear pentru a produce celule stem—ar fi utilizată pentru a genera celule es pluripotente care sunt identice genetic cu celulele unui primitor de transplant . Astfel, la fel ca celulele stem adulte, astfel de celule ES ar trebui să amelioreze respingerea observată cu transplanturi de neegalat.
două tipuri de celule stem adulte—celulele stem din sângele care formează măduva osoasă și celulele stem ale pielii—sunt singurele două terapii cu celule stem utilizate în prezent. Dar, după cum sa menționat în raportul Academiilor Naționale intitulat celulele Stem și viitorul medicinei Regenerative, rămân multe întrebări înainte ca potențialul altor celule stem adulte să poată fi evaluat cu exactitate . Puține studii asupra celulelor stem adulte au definit suficient potențialul celulei stem pornind de la o singură celulă izolată sau au definit mediul celular necesar pentru diferențierea corectă sau factorii care controlează eficiența cu care celulele repopulează un organ. Este necesar să se demonstreze că celulele derivate din celulele stem adulte introduse contribuie direct la funcția țesutului și îmbunătățesc capacitatea de a menține celulele stem adulte în cultură fără ca celulele să se diferențieze. În cele din urmă, majoritatea studiilor care au atras atât de multă atenție au folosit mai degrabă șoareci decât celule stem adulte umane.
celulele ES nu sunt lipsite de propriile lor probleme potențiale ca sursă de celule pentru transplant. Creșterea celulelor ES umane în cultură necesită un strat” alimentator ” de celule de șoarece care pot conține viruși și, atunci când li se permite să diferențieze celulele ES, pot forma un amestec de tipuri de celule simultan. Celulele ES umane pot forma tumori benigne atunci când sunt introduse la șoareci , deși acest potențial pare să dispară dacă celulele sunt lăsate să se diferențieze înainte de introducerea într-un recipient . Studiile cu celule ES de șoarece au arătat promisiuni pentru tratarea diabetului, a bolii Parkinson și a leziunilor măduvei spinării .
celulele ES realizate cu transplant nuclear ar avea avantajul față de celulele stem adulte de a putea furniza practic toate tipurile de celule și de a putea fi menținute în cultură pentru perioade lungi de timp. Cunoștințele actuale sunt, totuși, incerte, iar cercetarea atât a celulelor stem adulte, cât și a celulelor stem realizate cu transplant nuclear este necesară pentru a înțelege potențialul lor terapeutic. (Acest punct este precizat în mod clar în constatarea și recomandarea 2 a celulelor Stem și viitorul medicinei Regenerative, care afirmă, în parte, că ” studiile asupra celulelor stem umane embrionare și adulte vor fi necesare pentru a avansa cel mai eficient potențialul științific și terapeutic al medicinei regenerative.”) Este probabil ca celulele ES să fie utilizate inițial pentru a genera tipuri unice de celule pentru transplant, cum ar fi celulele nervoase sau celulele musculare. În viitor, datorită capacității lor de a da naștere la multe tipuri de celule, acestea ar putea fi utilizate pentru a genera țesuturi și, teoretic, organe complexe pentru transplant. Dar acest lucru va necesita perfecționarea tehnicilor de direcționare a specializării lor în fiecare dintre tipurile de celule componente și apoi asamblarea acestor celule în proporția corectă și organizarea spațială pentru un organ. Acest lucru ar putea fi destul de simplu pentru o structură simplă, cum ar fi o insulă pancreatică care produce insulină, dar este mai dificil pentru țesuturile la fel de complexe ca cele din plămâni, rinichi sau ficat .
procedurile experimentale necesare pentru a produce celule stem prin transplant nuclear ar consta în transferul unui nucleu celular somatic de la un pacient într-un ou enucleat, Cultura in vitro a embrionului în stadiul de blastocist și derivarea unei linii celulare pluripotente ES din masa celulară interioară a acestui blastocist. Astfel de linii de celule stem ar fi apoi utilizate pentru a obține celule specializate (și, dacă este posibil, țesuturi și organe) în culturi de laborator pentru transplant terapeutic. O astfel de procedură, dacă are succes, poate evita o cauză majoră de respingere a transplantului. Cu toate acestea, există mai multe dezavantaje posibile ale acestei propuneri. Experimentele cu modele animale sugerează că prezența proteinelor mitocondriale divergente în celule poate crea antigene de transplant „minore” care pot provoca respingerea ; aceasta nu ar fi o problemă dacă oul ar fi donat de mama destinatarului transplantului sau de destinatarul însuși. Pentru unele boli autoimune, transplantul de celule clonate din celulele proprii ale pacientului poate fi inadecvat, deoarece aceste celule pot fi ținte pentru procesul distructiv continuu. Și, ca și în cazul utilizării celulelor stem adulte, în cazul unei tulburări care are o origine genetică, celulele ES derivate prin transplant nuclear din celulele proprii ale pacientului ar purta același defect și ar trebui să fie cultivate și modificate genetic înainte de a putea fi utilizate pentru transplant terapeutic. Utilizarea unei alte surse de celule stem este mai probabil să fie fezabilă (deși imunosupresia ar fi necesară) decât sarcina dificilă de a corecta una sau mai multe gene care sunt implicate în boală în celulele stem adulte sau într-o linie de celule stem derivate din transplant nuclear inițiată cu un nucleu de la pacient.
în plus față de transplantul nuclear, există alte două metode prin care cercetătorii ar putea fi capabili să obțină celule ES cu capac likeli redus pentru respingere. O bancă de linii celulare ES care acoperă multe posibile machiaje genetice este o posibilitate, deși raportul Academiilor Naționale intitulat celulele Stem și viitorul medicinei Regenerative a evaluat acest lucru ca fiind” dificil de conceput”. Alternativ, celulele stem embrionare ar putea fi proiectate pentru a elimina sau introduce anumite proteine de suprafață celulară, făcând astfel celulele invizibile pentru sistemul imunitar al destinatarului. Ca și în cazul utilizării propuse a multor tipuri de celule stem adulte în transplant, niciuna dintre aceste abordări nu are nimic aproape de o promisiune de succes în acest moment.
prepararea celulelor stem embrionare prin transplant nuclear diferă de clonarea reproductivă prin faptul că nimic nu este implantat într-un uter. Problema dacă celulele ES singure pot da naștere unui embrion complet poate fi ușor interpretată greșit. Titlurile unor rapoarte sugerează că embrionii de șoarece pot fi derivați numai din celulele ES . Cu toate acestea, în toate cazurile, celulele ES trebuie să fie înconjurate de celule derivate dintr-un embrion gazdă, în special trofoblast și endoderm primitiv. Pe lângă faptul că fac parte din placentă, celulele trofoblaste ale blastocistului furnizează embrionului indicii sau semnale esențiale de modelare care sunt necesare pentru a determina orientarea viitoarei sale axe a capului și a crestei (anterior-posterior). Această informație pozițională nu este determinată genetic, ci este dobândită de celulele trofoblaste din evenimentele inițiate la scurt timp după fertilizare sau activarea ouălor. Mai mult, este esențial ca indiciile poziționale să fie transmise celulelor interioare ale blastocistului în timpul unei anumite perioade de dezvoltare . Masele celulare interioare izolate de blastociste de șoarece nu se implantează singure, ci vor face acest lucru dacă sunt combinate cu vezicule de trofoblast de la un alt embrion . În schimb, aglomerările izolate de celule ES de șoarece introduse în veziculele de trofoblast nu dau naștere la nimic asemănător de la distanță unui embrion postimplantare, spre deosebire de o masă dezorganizată de trofoblast. Cu alte cuvinte, singura modalitate de a determina celulele ES de șoarece să participe la dezvoltarea normală este de a le oferi celule embrionare gazdă, chiar dacă aceste celule nu rămân viabile pe tot parcursul gestației (Richard Gardner, comunicare personală). S-a raportat că celulele ES umane și primate pot da naștere celulelor trofoblaste în cultură. Cu toate acestea, aceste celule trofoblaste ar lipsi probabil indicii poziționali dobândiți în mod normal în timpul dezvoltării unui blastocist dintr-un ou. Având în vedere rezultatele experimentale cu celule ES de șoarece descrise mai sus, este foarte puțin probabil ca aglomerările de celule es umane plasate într-un uter să se implanteze și să se dezvolte într-un făt. S-a raportat că aglomerările de celule ES umane din cultură, cum ar fi aglomerările de celule ES de șoarece, dau naștere unor agregate dezorganizate cunoscute sub numele de corpuri embrioide .
pe lângă utilizările lor pentru transplantul terapeutic, celulele ES obținute prin transplant nuclear ar putea fi utilizate în laboratoare pentru mai multe tipuri de studii care sunt importante pentru medicina clinică și pentru cercetarea fundamentală în biologia dezvoltării umane. Astfel de studii nu au putut fi efectuate cu celule ES de șoarece sau maimuță și este puțin probabil să fie fezabile cu celule ES preparate din blastociste fertilizate în mod normal. De exemplu, celulele ES derivate de la oameni cu boli genetice ar putea fi preparate prin transplant nuclear și ar permite analiza rolului genelor mutante atât în dezvoltarea celulelor și a țesuturilor, cât și în celulele adulte dificil de studiat altfel, cum ar fi celulele nervoase ale creierului. Această lucrare are dezavantajul că ar necesita utilizarea ouălor donatoare. Dar pentru studiul multor tipuri de celule nu poate exista nicio alternativă la utilizarea celulelor ES; pentru aceste tipuri de celule derivarea liniilor celulare primare din țesuturile umane nu este încă posibilă.
dacă diferențierea celulelor ES în tipuri de celule specializate poate fi înțeleasă și controlată, utilizarea transplantului nuclear pentru a obține linii celulare ES umane definite genetic ar permite generarea de linii celulare diverse genetic care nu sunt ușor de obținut de la embrioni care au fost înghețați sau care depășesc nevoia clinică în clinicile de FIV. Acestea din urmă nu reflectă diversitatea populației generale și sunt înclinate spre genomi de la cupluri în care femela este mai veche decât perioada de fertilitate maximă sau un partener este infertil. În plus, ar putea fi important să se producă celule stem prin transplant nuclear de la indivizi care au boli asociate atât cu predilecții genetice ereditare simple, cât și complexe (gene multiple). De exemplu, unii oameni au mutații care îi predispun la „boala Lou Gehrig” (scleroză laterală amiotrofică sau ALS); cu toate acestea, doar unii dintre acești indivizi se îmbolnăvesc, probabil din cauza influenței genelor suplimentare. Multe predilecții genetice comune la boli au etiologii similare complexe; este probabil ca mai multe astfel de boli să devină evidente pe măsură ce se aplică informațiile generate de Proiectul genomului uman. Ar fi posibil, prin utilizarea celulelor ES preparate cu transplant nuclear de la pacienți și oameni sănătoși, să comparăm dezvoltarea unor astfel de celule și să studiem procesele fundamentale care modulează predilecțiile la boli.
nici lucrul cu celulele ES, nici munca care duce la formarea de celule și țesuturi pentru transplant, nu implică plasarea blastocistilor într-un uter. Astfel, nu există o dezvoltare embrionară dincolo de stadiul celular 64-200 și nici o dezvoltare fetală.