Az őssejtek története

By Hidaya Aliouche, B.Sc.Reviewed by Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

Az őssejtek felfedezése az 1950-es években kezdődött egy szokatlan forrásból – teratocarcinomákból és olyan daganatokból, amelyek különböző szövettípusokat (vagy heterogén keveréket) tartalmaztak. Ezek közé tartoznak a teljesen specializált, differenciált struktúrák, például a fogak és a haj.

nobeastsofierce |

A rosszindulatú növekedés és az átültethetőség megfigyelése egy proliferatív (erősen osztódó) és nem differenciált (nem specializált és többféle sejttípus előállítására képes) sejt jelenlétére utalt. Ezt a sejtet embrionális karcinóma (EC) sejtnek nevezték el.

Egy úttörő kísérlet kimutatta, hogy az EC sejtek befecskendezése felnőtt egér agyába teratocarcinomát eredményezett; ez konkrét bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy az EC sejtek képesek a teratocarcinoma valamennyi sejtalkotóját előállítani. A tumorszaporító és önmegújító képességüket alátámasztó bizonyítékot a transzplantációs képességük jelezte.

A csírasejtek és az embrionális karcinóma sejtek

Az EC-sejtek eredete emberben és egerekben elsősorban a herékből származik. Leroy Stevens felfedezte, hogy 129 beltenyésztett egértörzsben a teratocarcinómák csírasejtekből, a spermium és a petesejt sejtjeiből keletkeztek. Paradox módon az ivarsejtekből nem keletkeznek daganatok, és nem is differenciálódnak más sejttípusokká.

Az EC-sejtek morfológiája (alakja) hasonló volt a korai embrióban jelen lévő sejtekhez, ami alátámasztotta ivarsejt eredetüket. Ezek az embrionális alapító sejtek rendelkeznek azzal a képességgel, hogy az összes testvonal sejtjeit, az úgynevezett szomatikus sejteket termeljék. Ezt a tulajdonságot pluripotenciának nevezik, és az ilyen sejtek fenn tudtak maradni, amikor a teratocarcinóma mintáját sorozatosan átültették.

A potencia felfedezése

AzEC sejtek olyanok, mint a korai embrióban a gasztrulációt megelőzően előforduló sejtek. Az EC-sejtek sejtvonallá terjeszthetők, amit 1970-ben valóban sikerült is elérni herékből és embrionális teratocarcinomákból származó tenyészetekkel.

A sikeres magyarázathoz olyan fibroblasztokat kellett használni, amelyeket inaktiváltak, hogy megakadályozzák a mitotikus osztódást. Ezek a sejtek olyan faktorokat választanak ki, amelyek támogatják az EK-sejtek fenntartását, proliferációját és életképességét.

Az EK-vonalak továbbá változékonyságot mutattak differenciálódási képességükben, ami arra a megfigyelésre késztette a hipotézisre, hogy nem minden sejt pluripotens; pontosabban, különbség van a sejtek azon potenciáljában, hogy különböző specializált (differenciált) sejttípusokat adjanak.

Ezt a tulajdonságot nevezzük potenciának, amelynek négy típusa van, hierarchikus sorrendben:

2. Totipotencia – a potenciál, hogy az embrióban és a felnőttben lévő összes sejttípus keletkezzen (pl.g. a megtermékenyített petesejt), tehát egy totipotens sejtből az egész szervezet keletkezhet
4. Pluripotencia – az a potenciál, hogy a test valamennyi vonalának sejtjei keletkezzenek, de nem egy egész szervezetet
5. Multipotencia – egy sejt azon képessége, hogy korlátozott számú sejttípust hozhat létre a szervezetben
6. Unipotencia – egy sejt azon képessége, hogy csak egyetlen sejttípust hozhat létre

Egy ilyen önmegújító, differenciálatlan sejtekből terminálisan differenciált sejtek keletkezhetnek. Martin Evans és Gail Martin tudósok ehelyett a pluripotencia megőrzésének módjaira összpontosítottak, amelyről jelenleg tudjuk, hogy a legpotensebb sejttípus. Azt találták, hogy a pluripotens EC-sejtek szubklónjai, ha egy feederrétegen növesztették őket, és ennek a rétegnek a hiányában fibroblasztikus sejtek (differenciált sejtek) vegyes populációját hozták létre, amelyek között differenciálatlan sejtek fészkei váltakoztak.

Ez az eredmény azt sugallta, hogy az EC-sejtek differenciálással képesek saját feeder-fibroblaszt sejteket előállítani, és arra következtettek, hogy ezekre szükség van e sejtek pluripotens jellegének fenntartásához. Ezzel egyidejűleg Martin és Evans észrevette, hogy a szérum, amelyben az EC-sejteket szuszpendálták, különbözik az EC-sejtek terjeszkedését és differenciálódási képességét támogató képességükben. Ez vezetett a pluripotenciához, majd pedig egy megbízható tenyésztési módszertanhoz, amellyel a megmaradt pluripotenciával rendelkező EC-sejteket lehetett előállítani és szaporítani.

A törzssejtek mint az embrionális növekedés és fejlődés elindítói

Az EC-sejtek Martin és Evans általi további vizsgálata során kiderült, hogy amikor az EC-sejteket aggregálták, a keletkező kolóniák embriótesteknek nevezett struktúrákat alkottak, amelyek differenciálódási jellemzőik miatt specifikus embrionális identitással rendelkeznek.

A kettő közötti hasonlóság további kutatásokra késztetett; annak tesztelésére, hogy az EC-sejtek képesek-e hozzájárulni egy embrióhoz, az EC-sejteket blasztocisztákba (a megtermékenyítés után 5-6 nappal kialakuló, embrió előtti struktúrák) injektálták, és az eredményeket elemezték.

A legtöbb esetben az EC-sejtek nem épültek be az embrióba, egyesek daganatokat vagy fejlődési rendellenességeket produkáltak. Néhány pluripotens EC-sejtvonal azonban megtelepedett a gazdasejtben, és ezt követően kimérák születtek.

A kimérák olyan szervezetek, amelyek két különböző DNS-készletet tartalmaznak; ebben az esetben az egereket a nemi sejtekben kódolt DNS-ből és az EC-sejtek DNS-éből állították elő. Ezzel bebizonyosodott, hogy az EC-sejtek egy részhalmaza képes a normál embriósejtek funkcióját betölteni, és a gazdatest embrionális környezetében működni.

Az egészséges kiméra felé

A kiméra egerek aránya azonban alacsony volt. Ez a megállapítás, párosulva a vonalak közötti hatalmas potenciabeli különbségekkel, a kiméra tumorok kialakulásával és a genetikai stabilitásukban bekövetkezett változásokkal, arra ösztönzött, hogy a pluripotens sejtek egy másik forrását kutassák.

Az előfordulás valószínűsíthető magyarázata az volt, hogy az EC-sejtek változatlan valószínűséggel kromoszóma-anomáliákat hordoznak. Minden eredmény arra utalt, hogy az embriókhoz való hasonlóságuk megkérdőjelezhető; pontosabban az embriószerű, pluripotens működésre való képességük a daganatokban való előfordulásuk és a velük járó genetikai rendellenességek függvénye volt.

Ehelyett maga az embrió kevésbé problematikus forrása volt a pluripotens őssejteknek. Evans és Martins ugyanazokat a feltételeket használta az EC-sejtek feederrétegeken történő optimális kinyerésére, hogy sikeresen gyűjtsön differenciálatlan sejtvonalakat egérblasztocisztákból.

A kapott sejtek funkcionálisan hasonlítottak az EC-sejtekre, és képesek voltak teratocarcinómát termelni, amikor felnőtt egerekbe transzplantálták őket. Ez arra utalt, hogy esetleg EK-sejtekké transzformálódtak.

Azért, hogy ezt a lehetőséget kizárja, 1984-ben Evans megállapította, hogy ezek a sejtek egészséges kimérákhoz is hozzájárulhatnak, amelyekben a DNS-t sikeresen továbbadták a csíravonalon (a petesejt és a spermium) keresztül. Az embrióból nyerhető pluripotens sejtek transzformáció nélkül több osztódáson keresztül bővültek, megtartva saját genetikai összetételüket. Ezeket a sejteket jelenleg embrionális őssejtek (ESC) néven ismerjük.

Egy évtizeddel később Matsui felfedezte, hogy a primordiális csírasejtekből (PGC) proliferatív őssejtek keletkeznek. Ezeket embrionális csírasejteknek (EG) nevezte el, és eredetüktől eltekintve gyakorlatilag megkülönböztethetetlenek az ES-sejtektől. Ez megmagyarázta a csírasejtes eredetet vagy a teratocarcinómákat – a csírasejteket in vivo indukálták, hogy pluripotens őssejtekké alakuljanak át.

Jövőbeli kilátások: őssejtterápia

Az ES-sejtek genetikai komponensének a csíravonalon keresztül történő továbbadásának és megtartásának képessége lehetőséget kínál genetikai módosítások bevezetésére egerekben. Emellett számos genetikai manipulációs megközelítésre is alkalmasak, és bővíthetőek; például olyan jellemzőkkel, amelyek lehetővé teszik a ritka eseményen átesett sejtek elkülönítését, mint például a homológ rekombináció, amelyben a sejtek valamilyen genetikai változáson mennek keresztül, két hasonló DNS-molekula közötti csere formájában.

1989-ben sikeresen hoztak létre olyan ES-sejteket, amelyekben mesterséges genetikai knockout volt. Az ES-sejtek ilyen géncélzását azóta továbbfejlesztették. És míg az 1980-as években és az 1990-es évek elején a kutatások a genetikai célzásra összpontosítottak, az 1990-es évek végén sokat haladtak előre annak megértésében, hogy az ES-sejtekben miért és hogyan tartják fenn a pluripotenciát.

Most feltárták az ES-sejtek állapotát megalapozó molekuláris mechanizmusokat. A humán embrionális őssejtvonalak (hESC) első bejelentett izolálása elmozdította a hangsúlyt az egérmodellekről, és lehetővé tette terápiás következményeik feltárását. Jelenleg a hESC nélkülözhetetlen, és a hESC-alapú klinikai vizsgálatok eredményei a jövőbeni őssejt-alapú terápia arany standardját fogják meghatározni.

2006-ban áttörést jelentett az olyan feltételek azonosítása, amelyek lehetővé teszik a felnőtt szomatikus sejtek sejtszintű átprogramozását, hogy azok őssejt-szerű állapotba kerüljenek. Ezt ma indukált pluripotens őssejtek (iPSC) néven ismerjük. Terápiás felhasználásuk potenciálisan nagyobb, mint a hESC sejteké, mivel mivel ezeket a sejteket magától a betegtől lehet venni, majd átprogramozni, a klinikusok elkerülhetik a kilökődés problémáját, amelyet a hisztokompatibilitás okoz.

Ez utóbbi arra a folyamatra utal, hogy a donor különböző antigénekkel rendelkezik, amelyek jelzik a befogadó gazdaszervezet immunrendszerének, hogy a sejt idegen, és ezért az idegen sejt elpusztítására irányuló immunválaszhoz vezetnek. This is basically seen as organ rejection.

This additionally avoids the need for immunosuppressive treatment throughout the patient’s life to prevent this, and eliminates the ethical implications of hESCs, as iPSCs do not require an embryonic source for production. More research on the topic will definitely bring further progress in stem cell usage.

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

Citations