Celulele stem sunt celule nediferențiate care pot îndeplini o varietate de funcții regenerative în corpul uman. De exemplu, pot genera sau înlocui o varietate de celule prin diferențierea, reglarea sistemului imunitar și stimularea altor celule din mediul lor natural.
Celulele stem sunt prezente la toate ființele umane de la dezvoltarea embrionului / fœtus (celule stem embrionare) și de-a lungul oricărei vieți întregi individuale până la moarte (Celule Stem Adulte). Există 5 tipuri generale de celule stem, definite atât prin originea lor, cât și prin capacitatea lor de a genera celule noi.
- Totipotent: Cunoscută și sub numele de ovul fertilizat, această celulă se va dezvolta și va deveni toate celelalte celule, creând o ființă umană.
- Pluripotent: Aceste celule stem se pot diferenția în orice alt tip de celulă, însă nu au capacitatea de a crea un întreg organism, așa cum o poate face o celulă totipotentă.
- Multipotent: Puțin mai limitate decât celulele pluripotente, atribuite unei anumite game de tipuri de celule.
- Oligopotent: Aceste celule stem sunt similare cu celulele stem multipotente și sunt, de asemenea, capabile să se diferențieze într-o anumită gamă de tipuri de celule.
- Unipotent: Aceste celule stem sunt capabile să se diferențieze doar într-un singur tip de celule.
Celulele stem embrionare (ESC) și celulele stem adulte (ASC) sunt două categorii foarte diferite de celule stem cu proprietăți diferite. În orice individ după naștere, înlocuirea și regenerarea celulelor apar în două contexte: reînnoirea celulelor care mor natural (apoptoza) și ca răspuns la leziuni externe (cauzate de factori precum leziune traumatică, infecție, cancer, infarct, toxine, inflamație etc. ). Celulele stem implicate în acel proces de regenerare sunt celulele stem adulte (numite și celule stem somatice).
Celule stem adulte și celule stem embrionare
Celulele stem embrionare sunt prezente în masa celulară interioară a blastocistului, o minge de celule în mare parte goală care, la om, se formează la trei până la cinci zile după ce un ovul este fertilizat de un spermatozoid. În dezvoltarea normală, celulele din interiorul masei celulare interne vor da naștere la celule mai specializate care vor da naștere întregului corp – toate țesuturile și organele noastre. Celulele stem embrionare sunt pluripotente, ceea ce, după cum s-a menționat anterior, înseamnă că pot da naștere la fiecare tip de celule din corpul complet format, dar nu și din placentă și din cordonul ombilical.
Celulele stem adulte (denumite și celule stem somatice ) sunt mai specializate decât celulele stem embrionare. De obicei, aceste celule stem pot genera diferite tipuri de celule pentru țesutul sau organul specific în care trăiesc. Există mai multe tipuri diferite de celule stem adulte, care au toate funcții regenerative specifice. De exemplu, celulele stem hematopoietice(sau celule stem hematopoietice) pot da naștere la globule roșii, globule albe și trombocite. Cu toate acestea, celulele stem hematopoietice nu generează celule hepatice sau pulmonare, de exemplu, iar celulele stem din alte țesuturi și organe nu generează globule roșii sau albe sau trombocite. Unele țesuturi și organe din corpul dumneavoastră conțin mici depozite de celule stem specifice țesutului, a căror sarcină este de a înlocui celulele din acel țesut care se pierd în timpul vieții de zi cu zi sau în urma unei leziuni.
Cum acționează celulele stem împotriva leziunilor? – Călătorie
În știința celulelor stem, cuvântul „homing” descrie abilitatea celulelor stem de a-și găsi destinația sau „nișa”. În timpul acestui proces, țesuturile deteriorate sau inflamate solicită repararea prin trimiterea de semnale, unele dintre acestea acționând ca indicii pentru celulele stem și atrăgându-le către țesutul lezat. Acesta este un proces destul de rapid (măsurat în ore și nu mai mult de 1-2 zile).
Cum acționează celulele stem pentru repararea țesuturilor? – Diferențierea directă și efectul paracrin
Odată ce celulele stem au ajuns la locul leziunii, acestea își pot începe acțiunea de regenerare acționând prin două mecanisme diferite: pot suferi o diferențiere directă pentru a înlocui direct celulele lezate sau pot, de asemenea, să promoveze regenerarea țesutului prin efectul paracrin.
Deci, care este efectul paracrin? În știința celulelor stem, ea poate fi definită prin procesul în care celulele stem eliberează factori care acționează ca semnale pentru celulele înconjurătoare și le obligă să-și schimbe comportamentul pentru a iniția procesul de regenerare. În timpul acestui proces, celulele stem nu contribuie la reînnoirea țesuturilor prin diferențierea directă.
De ce este atât de important efectul paracrin?
Într-o mare cantitate de studii privind transplanturile de celule stem, cercetătorii au observat că țesuturile pacientului deteriorate au fost reparate după transplantul de celule stem de la un donator. Cu toate acestea, după analizarea țesuturilor nou generate, s-a observat că celulele donatoare au lipsit. Oamenii de știință au putut apoi să demonstreze că celulele stem ale donatorului au secretat factori care au declanșat propriile celule ale pacientului pentru a repara țesutul în sine. S-a demonstrat că cea mai mare parte a procesului de regenerare s-a realizat prin semnalizare paracrină și nu prin diferențiere directă.
Mecanismul paracrin s-a dovedit a fi foarte benefic. Avantajele unei efecte paracrine sunt acum foarte evidente. Cel mai important este că, deși celulele stem ale donatorului au o durată de viață foarte limitată, acestea au un efect de lungă durată asupra regenerării țesuturilor, ceea ce continuă mult după epuizarea totală a celulelor stem donatoare.
Mai multe tipuri diferite de celule stem pot invoca un răspuns paracrin, cum ar fi celulele stem mezenchimale din cordonul ombilical și celulele stem din sângele din cordonul ombilical.
Ce pot realiza celulele stem prin diferențiere directă și efect paracrin?
- Repararea țesutului deteriorat: celulele stem au capacitatea de a activa starea inactivă a celulelor stem din corpul uman și au un efect de reparație asupra țesutului și organului deteriorat cauzate de peroxidare și deșeuri metabolice. Un echilibru între radicalii liberi și antioxidanți este necesar pentru o funcție fiziologică adecvată. Dacă radicalii liberi copleșesc capacitatea organismului de a le regla, apare o afecțiune cunoscută sub denumirea de stres oxidativ. Radicalii liberi modifică astfel lipidele, proteinele și ADN-ul și declanșează o serie de boli umane. Celulele stem pot interveni, de asemenea, la stresul radicalilor liberi pentru a-și restabili funcția normală.
- Factorii nutriționali secreta: Celulele stem pot promova proliferarea și diferențierea țesuturilor în țesutul deteriorat și pot restabili funcțiile fiziologice ale țesuturilor și organelor.
- Reglați funcția imunitară: Prin secreția factorilor solubili și a contactului direct pentru a regla proliferarea celulelor imune și activitatea acesteia, celulele stem sunt capabile să reducă răspunsul inflamator.
- Reglează funcția metabolică: Folosind capacitatea de diferențiere multidirecțională, celulele stem pot spori eficiența sistemului metabolic și astfel accelerează funcționarea organismului și excreția deșeurilor metabolice pentru a promova absorbția de nutrienți, astfel încât să mențină funcția fiziologică normală.
În plus, studiile au indicat că efectul paracrin este amplificat, deoarece celulele donatoare sunt atrase de țesuturile deteriorate care au nevoie de ajutorul lor. Celulele pacientului deteriorate secretă citokine, proteine regulatoare care acționează ca mediatori pentru a genera un răspuns imunitar care atrage celulele donatoare. La rândul lor, celulele donatoare își secretă propriul cocktail de proteine care stimulează celulele stem ale pacientului și ajută la reducerea inflamației, la promovarea proliferării celulare și la creșterea vascularizării și a fluxului de sânge în zonele care trebuie să se vindece. Celulele cu efect paracrin pot secreta și factori care inhibă moartea celulelor pacientului din cauza leziunii sau a bolii.
Un al treilea efect paracrin este capacitatea lor de a „amortiza” răspunsul imun care apare în timpul respingerii transplantului sau în timpul bolilor autoimune. În acest caz, celulele pot fi utilizate direct sau în combinație cu alte celule stem în scop terapeutic. De exemplu, aplicarea celulelor mezenchimale împreună cu celulele stem din sânge în timpul unui transplant de măduvă pare să reducă grefa față de boala gazdă.
Un avantaj al utilizării celulelor, comparativ cu medicația, pentru a promova regenerarea este că celulele transplantate vor răspunde în mediul lor și vor secreta factorii în funcție de necesități și în concentrația corespunzătoare. Celulele pot fi gândite ca „fabrici de medicamente” care se adaptează pe măsură ce țesutul este reparat. Studiile preclinice au demonstrat eficacitatea celulelor mezenchimale și a celulelor sanguine pentru tratamentul bolilor neuronale, cardiace, renale și musculare. Au existat câteva studii convingătoare asupra efectului neuroprotector al celulelor sanguine ale cordonului.