Cilmes šūnas

• Kas ir cilmes šūnas?

Par cilmes šūnām sauc šūnas, kurām piemīt spēja ilgstoši dalīties (pašatjaunoties). Vienas cilmes šūnas dalīšanās rezultātā rodas divas šūnas - viena jauna cilmes šūna un viena diferencēta – audiem nepieciešamā šūna. Tādejādi tiek gan veicināta audu reģenerācija – ražojot tam nepieciešamās šūnas, gan saglabāts cilmes šūnu apjoms. Cilmes šūnas ir spējīgas veidot dažādu audu šūnu tipus.

Atkarībā no cilmes šūnu konkrētā veida tām piemīt atšķirīgs potenciāls reproducēt šūnas: tas nozīmē, ka daļa no tām var radīt visas ķermeņa šūnas, savukārt daļa - reproducēt tikai atsevišķas šūnu līnijas. Spēja reproducēt visas ķermeņa šūnas piemīt embrionālajām cilmes šūnām, savukārt atsevišķas šūnu līnijas - pieaugušo cilmes šūnām.

Embrionālajām cilmes šūnām piemīt spēja diferencēties visos trīs dīgļa slāņos (endoderma, ektoderma, mezoderma) un augļa šūnu līnijās gan in vivo (dzīvā organismā), gan in vitro (ārpus organisma).

Embrionālās cilmes šūnas (ECŠ) spēj diferencēties (pārveidoties) jebkurā ķermeņa šūnā, tādēļ tās sauc par pluripotentām. ECŠ tiek iegūtas no blastocistas (embrija trīs līdz piecu dienu attīstības stadija)iekšējās šūnu masas (embrioblasta) embrionālajā fāzē pēc in vitro (ārpus organisma) fertilizācijas (apaugļošanas) procedūras. Šādā veidā in vitro (ārpus organisma) tiek radītas dažādas cilmes šūnu līnijas. Tā kā embrionālo cilmes šūnu radīšana notiek, iznīcinot embriju, cilvēka embrionālo cilmes šūnu pētījumi sabiedrībā ir izraisījuši aktīvas debates par to ētiskumu, un šīs debates joprojām turpinās. Tādēļ likumdošana stingri nosaka un regulē atbilstošus pētījumus, pieļaujot tos tikai ļoti stingri nosacītos apstākļos. Vairumā Eiropas valstu saskaņā ar Embriju Aizsardzības aktu (the Embryo Protection Act) cilvēka embrionālo cilmes šūnu radīšana ir nelegāla un nav atļauta. Cilvēkiem terapijā tās neizmanto teratomu (audzējs, kurš aug no embrija šūnām) riska dēļ.

• Pieaugušo cilmes šūnas

Salīdzinot ar ar embrionālajām cilmes šūnām, kas ir iegūstamas tikai agrīnos embriju paraugos, pieauguša cilvēka ķermeņa audos arīdzan ir liels skaits cilmes šūnu, taču šīs šūnas ir ar ļoti ierobežotu diferenciācijas potenciālu - tās ir tikai multipotentas (turpretī embrionālās šūnas ir pluripotentas). Šīs šūnas dzīves laikā spēj vairot tikai specializētas šūnas organsimā.

Šīs pieaugušo multipotentās cilmes šūnas atrodas kaulu smadzenēs, ādā, taukaudos, arī smadzenēs, aknās, siekalu dziedzeros, mata saknes apvalkā un citos audos. Salīdzinot ar embrionālajām cilmes šūnām, tām raksturīga salīdzinoši ierobežots diferenciācijas potenciāls.

Pieaugušo cilmes šūnas ir atrodamas katrā indivīdā, un tās tiek izmantotas kā autologas (no paša cilvēka iegūtas) šūnas terapeitiskiem mērķiem un dažādu ārstniecības metožu izstrādei. Tā kā tās ir autologas šūnas, praktiski nepastāv to imūnsistēmas atgrūšanas risks, salīdzinot ar embrionālajām cilmes šūnām. Līdz šim arī nav aprakstīti gadījumi, kad, terapijā izmantojot pieaugušo cilmes šūnas, būtu radusies to pārveidošanās audzēja šūnās.

• Inducētās pluripotentās cilmes šūnas (induced pluripotent stem cells -iPS)

2006. gadā zinātnieki Kazatoši Takahaši (Kazutoshi Takahashi) un Šinja Jamanaka (Shinya Yamanaka) bija pirmie, kas veiksmīgi pārprogrammēja pieaugušas peles diferencētas šūnas tā dēvētajās “inducētajās pluripotentajās cilmes šūnās” (induced pluripotent stem cells - iPS). 2007. gadā viņi spēja to izdarīt arī ar cilvēka jau diferencētajām šūnām. Lai sasniegtu šo mērķi, četri transkripcijas faktoru (specifiski proteīni) gēni Oct4, Sox2, c-Myc un Klf4 ar vīrusu starpniecību tika ievietoti šūnās. Tas pārprogrammēja somatisku šūnu par pluripotentu šūnu. No šīm mākslīgi pārprogrammētajām cilmes šūnām zinātnieki laboratorijas mēģenēs spēja radīt dažādas šūnas, piemēram, kardiomiocītus (sirds muskuļaudu šūnas) un nervu šūnas. Par šo atklājumu Jamanaka 2012. gadā saņēma Nobela prēmiju medicīnā.

Līdzīgi kā pieaugušo cilmes šūnas arī iPS šūnas var tikt radītas autologi (no paša konkrētā pacienta audiem), tādējādi tās var tikt radītas katram pacientam individuāli. Nesen ir uzsākts pirmais klīniskais pētījums, kurā pacienti tiek ārstēti ar iPS šūnām. Šī pētījuma mērķis ir makulas deģenerācijas (pasaulē galvenais vājas redzes iemesls gados vecākiem cilvēkiem) ārstēšana. Taču joprojām nepieciešami padziļināti iPS šūnu pētījumi, lai novērstu ar to pielietojumu saistītos iespējamos riskus.

• Ārstēšana ar cilmes šūnām šobrīd un tās nākotnes perspektīvas

Pašatjaunošanās, saukta arī par reģenerāciju, ir process, kurā organisms spēj saglabāt sevi līdz noteiktai pakāpei. Saskaņā ar pēdējo pētījumu rezultātiem vairākiem orgāniem - kaulu smadzenēm, aknām un zarnu traktam piemīt augsts reģeneratīvais potenciāls, kura laikā notiek nepārtraukta šūnu atjaunošanās. Šo procesu nodrošina orgānos esošās cilmes šūnas. Citiem orgāniem, piemēram, sirdij un smadzenēm piemīt mazāka reģeneratīvā spēja.

Izmantojot cilmes šūnu terapiju, bojātās šūnas tiek aizvietotas ar pievienotajām cilmes šūnām. Tas nozīmē, ka cilmes šūnas in vivo (dzīvā organismā) diferencējas mērķa šūnas, vai arī cilmes šūnu izdalītie augšanas faktori un citokīni stimulē apkārtesošos audus radīt funkcionējošas šūnas (parakrīns efekts). Saistībā ar dominējošo juridisko situāciju attiecībā uz embrionālo cilmes šūnu izmantošanu, līdz šim pētījumi klīniskajā jomā ir vērsti uz pieaugušo cilmes šūnu terapiju. Pirmo reizi cilmes šūnas pielietoja jau 1969. gadā, kad tās sāka izmantot kaulu smadzeņu transplantācijā leikēmijas ārstēšanā.

Piemēram, lai slēgtu hroniskas brūces, terapijā izmanto mata ārējā apvalka cilmes šūnas, kas ģenerē ādas šūnas. Iegūtie ādas lēveri tiek transplantēti uz brūces tās dziedēšanai. Kardiovaskulāro slimību ārstešanā tiek izmantotas galvenokārt autologas kaulu smadzeņu cilmes šūnas, un rezultāti ir daudzsološi. Šajā jomā šobrīd notiek standartizētu medicīnisku tehnoloģiju ieviešana.

Apdrošināšanas sabiedrības cilmes šūnu transplantācijas procedūras šobrīd neapmaksā, taču ir iespējama individuāla katra gadījuma izskatīšana un izvērtēšana. Šobrīd tikai dažas tehnoloģijas Eiropā ir saņēmušas apstiprinājumu kā “Advanced Therapy Medicinal Product”. Starp apstiprinātajām tehnoloģijām ir tādas ārstēšanas metodes, kā bojāta locītavas skrimšļa ārstēšana, mezenhimālo* cilmes šūnu izmantošana, uretras (urīnizvadkanāls) rekonstrukcija, izmantojot mutes gļotādas šūnas un citas.

• Skaidrojumi:

Cilmes šūnas - īpašas šūnas, kas rūpējas par audu un orgānu atjaunošanu visas dzīves laikā:

• Totipotentās cilmes šūnas – šūnas, kurām piemīt spēja radīt visus ķermeņa šūnu veidus, kā arī visus šūnu veidus, kas veido ekstraembrionālos audus, piemēram, placentu.
• Pluripotentās cilmes šūnas – šūnas, kurām piemīt spēja radīt visus ķermeņa šūnu veidus (ap 230). Pluripotenci zinātnieki pierāda ar to, ka, pat pēc ilgstoša perioda pavairojoties kultūrā, pluripotentās cilmes šūnas spēj radīt visām trim embrija dīgļlapām raksturīgos šūnu veidus.
• Multipotentās cilmes šūnas – cilmes šūnas, kas spēj diferencēties vairākās konkrētam orgānam vai audiem raksturīgās šūnu līnijās. Tās iespējams iegūt arī no pieauguša cilvēka.
• Embrionālās cilmes šūnas – pluripotento cilmes šūnu veids, kurš iegūts no blastocistas (embrija trīs līdz piecu dienu attīstības stadija, ap 150 šūnām) iekšējās šūnu masas pirms aizmetņa audu dīgļlapiņu izveidošanās. Tās var vairoties kultūrā bez diferenciācijas ilgstošā laika periodā un pārtop par embrija triju dīgļlapiņu šūnām, kas turpmāk veido (diferencētos) dažādus embrija audus.
• *Mezenhimālās cilmes šūnas – multipotentas šūnas, kas atrodas kaulu smadzeņu stromā, nabas saites asinīs un taukaudos un ir spējīgas radīt osteogēnās (kaulaudu), hondrogēnās (skrimšļaudu) un adipogēnās (taukaudu), cīpslu, saišu, muskuļu, ādas un pat nervu šūnu līnijas.
• Inducētas pluripotentās cilmes šūnas (iPS cells) – cilmes šūnu veids, kas ir somatiskās (pieaugušo) diferencētās šūnas, kuras ir mākslīgi pārprogrammētas uz pluripotento embrionālajām cilmes šūnām līdzīgu stāvokli, kad tiek ekspresēti embrionālajām cilmes šūnām raksturīgie faktori, kuri ir svarīgi pluripotences uzturēšanai. Pirmais paziņojums par peļu inducētām pluripotentajām šūnām notika 2006. gadā, bet pirmais paziņojums par cilvēka inducētām pluripotentajām šūnām notika 2007. gadā. Pašlaik zinātnieki veic aktīvu salīdzinošu izpēti, lai atklātu svarīgākas līdzības un atšķirības starp inducētām pluripotentajām šūnām un embrionālajām cilmes šūnām.
• Nabas saites cilmes šūnas - cilmes šūnas, kas savāktas no nabas saites pēc bērna piedzimšanas un kurām piemīt spēja radīt visas ķermeņa asins šūnas (hematopoētiskas šūnas). Nabas saites cilmes šūnas jeb hematopoētiskas cilmes šūnas izmanto kā alternatīvu vai kombinācijā ar kaulu smadzeņu cilmes šūnu aspirātu, ārstējot hematoloģiskās un imunoloģiskas slimības.