Embryonální kmenová buňka

Embryonální kmenové buňky
Embrionální lidská kmenová buňka.
Embrionální lidská kmenová buňka.
Video snímání lidské embryonální kmenové buňky odhalující vnitřní strukturu.


Anatomie, fyziologie buňky

LatinskyCellula praecursoria
Soubor několika lidských embryonálních kmenových buňek

Embryonální kmenová buňka (ESC – z angl. embryonic stem cell) je pluripotentní kmenová buňka nacházející se ve vnitřní buněčné mase raného embrya ve stadiu tzv. blastocysty.[1] To, že je embryonální kmenová buňka „pluripotentní“, znamená, že se může vyvinout v jakýkoliv buněčný typ přítomný v dospělém těle. Tento proces, probíhající během zárodečného vývoje, se označuje jako buněčná diferenciace a u člověka je zodpovědný za více než 200 různých typů buněk,[2] které společně vytváří orgánové soustavy dospělého těla. ESC jsou buňky vnitřní části blastocysty v raném stádiu vývoje embrya. V průběhu vývoje, dosáhne lidský plod stádia blastocysty 4 až 5 dní po splynutí pohlavních buněk, kdy se v tomto stádiu skládá z 50 – 150 buněk. Během vývoje z embryonálních kmenových buněk vznikají tři základní zárodečné listy: ektoderm, endoderm a mesoderm. ESC se nezačleňují do extraembrionální membrány, nebo placenty.

Během embryonálního vývoje se tyto buňky neustále dělí a následně se stávají specializovanými v rámci organismu. Například určité množství ektodermu v oblasti hřbetu plodu se specializuje na "neuroektoderm", který se v budoucnu integruje a vyvine so centrální nervové soustavy (CNS) . Později ve vývoji způsobí neurulace neuroektodermu vytvoření prvotní nervové trubice (prekurzor míchy). Ve stádiu vývinu této nervové trubice přední část podstoupí intenzivní encefalizaci vedoucí k vytvoření "vzoru" základní části mozku. Za základní buňku CNS je v tomto momentu považována nervová kmenová buňka ,která je také ještě pluripotentní. Může generovat veliký rozsah různých typů neuronů, každý s unikátním genovým základem, funkčních charakteristik, morfologie. Proces generování jednotlivých neuronů z původních kmenových buněk je nazýván neurogeneze. Prominentním typem nervové kmenové buňky je radialní glie, která má distiktivní bipolární morfologii s velmi specifickými mechanismy na prodloužení a zešíření stěn nervové trubice. Sdílí některé charakteristiky glie, nejlépe zaznamenatelné začlenění bílkoviny (GFAP), která je gliální, fibrilární a poměrně kyselá na škále pH. Typ buněk radialní glie, je primární nervovou kmenovou buňkou při vývoji CNS obratlovců, a těla buněk se usadí ve ventrikulární zóně, tvořící ventrikulární systém mozkové komory. Nervové kmenové buňky mají určitou buněčnou línii (neurony, astrocyty, oligodendrocyty), omezující ostatní možné změny. Kromě CNS se poté vytvoří také periferní nervová soustava. Po proběhlém diferenciování již pro buňku není možné změnit svou určenou funkci a s ní spojené vlastnosti.

Téměř veškeré studie zabývající se embryonálními kmenovými buňkami myší  (mES), nebo lidskými embryonálními kmenovými buňkami  (hES) byly odvozené z rané vnitřní hmotnosti a složení buňky. Oba typy projevují esenciální charakteristiky kmenových buněk, ale potřebují velmi odlišné prostředí na udržení stavu před diferenciací. mES jsou kultivovány na vrstvě želatiny ve formě extrabuněčného matrixu (na podporu) a vyžadují přítomnost LIF (leukemia inhibitory factor) v séru.  Smíchané organické chemické látky obsahující inhibitory na GSK3B a MAPK/ERK linii, nazývané 2i, se prokázaly udržovat pluripotentní potenciál v kultuře kmenových buněk.  hES jsou kultivovány na živné vrstvě MEFs (embryonálních fibroblastů myší) a vyžadují přítomnost rostoucího faktoru základního fibroblastu  (bFGF or FGF-2). Bez optimálních podmínek, nebo manipulace na úrovni genů, mají ESC tendenci započít rapidní diferenciaci.

Definování lidských embryonálních kmenových buněk je také určeno povrchovými, proteiny na buňce a také expresí několika faktorů transkripce.  Transkripční faktory Oct-4, Nanog, Sox2 formují základní regulační síť, zabezpečující potlačení projevu některých genů. Těch genů, které by vedly k diferenciaci a udržování aktivního pluropotentního potenciálu. Povrchové antigeny buňky na rozeznání hES jsou nejčastěji glykolipidová stádia konkrétních embryonálních antigenů 3 a 4 a KS (keratosulfate) antigeny Tra-1-60 a Tra-1-81. Využívání hES k produkci specializovaných buněk jako jsou nervové buňky a nebo také srdeční tkáně v laboratoři. Umožňuje práci s těmito typy buněk, bez nutnosti odebrání tkání pacientům. Následně mohou být tyto specializované dospělé  buňky analyzovány k pochopení vzniku nemocí, nebo na nich mohou být zkoušené účinky nových typů léků. Konkrétní molekulární definice kmenových buněk je stále předmětem výzkumu. V současnosti nejsou žádné státem podporované léčby využívající  ESC. První pokus na lidech byl schválen v roce 2009 americkou Food and Drug Administration.

Nicméně zkušební proces nebyl zahájen do 13 října roku 2010. Zkouška probíhala  v Atlantě  pro výzkum poškozené páteřní míchy. Firma řídící pozorování v listopadu 2011 (Geron Corporation) vyhlásila, že nebude nadále pokračovat ve výzkumu programu zabývajícího se kmenovými buňkami.  ESC svou podstatou pluripotentní buňky vyžadují konkrétní signály na započetí správné diferenciace. Při přímé inserci do jiného těla, se ESC neřízeně rozdělí do mnoha různých typů buněk, což může způsobit teratom. Docílení diferenciace ESC za současného vyhnutí odmítnutí organismem příjemce, je stále jednou z komplikací, které výzkumníci čelí. Mnoho států má na výzkum ESC a obzvláště hES  (specificky na produkci nových hES) nastavené limity a restrikce, vzhledem k přihlédnutí na etické faktory. Nicméně, vlastnosti jakými je pluripotentní potenciál a neustálá expanze a nárůst stále podtrhávají a udržují ESC jako možný zdroj pro medicínu regenerace a léčbu porušených tkání po úrazu, nebo nemoci.