Hvordan Stamceller Virker

{h1}

Stamceller kan udvikle sig til hver celle, væv og organ i kroppen. Lær om udforskning af stamceller og kontroverser, og hvordan stamceller kan bruges til behandling af sygdom.

Mange sygdomme dræber celler inden for organer, hævder liv eller svækker en persons evne til at leve et normalt liv. For eksempel har omkring 5,8 millioner amerikanere hjertesvigt og 670.000 mennesker diagnosticeres med det hvert år [kilde: Centers for Disease Control]. Ved hjerteinsufficiens dør meget af hjertemusklen selv, så hjertet kan ikke i tilstrækkelig grad pumpe blod.

Tilsvarende har omkring 23,6 millioner amerikanere diabetes [kilde: NIDDK, NIH]. Fem til 10 procent af disse mennesker har type I-diabetes, hvor de insulindannende celler i bugspytkirtlen er døde. Endelig lever ca. 1 million amerikanere med Parkinsons sygdom [kilde: Parkinsons sygdomsstiftelse]. I denne sygdom, celler, der gør neurotransmitteren dopamin, som hjælper med at styre bevægelse, dø. Patienter med Parkinsons sygdom har tremor og ukontrollable bevægelser. Men hvad nu hvis disse døde celler kunne erstattes med friske celler? Kan patienterne blive behandlet og leve i normale liv? Det er målet med stamcelleforskning.

I denne artikel vil vi se på stamceller, begyndende med det medfølgende billede ovenfor. På billedet er de embryonale stamcellekolonier de afrundede, tætte masser af celler. De flade, langstrakte celler er fibroblaster, der anvendes som "føderceller". Vi vil også finde ud af, hvordan stamceller arbejder, opdage deres potentiale til at behandle sygdom og komme ind i den igangværende debat omkring deres forskning og brug. Men først, lad os dække nogle grundlæggende ting.

Stamceller Basics

Hvordan Stamceller virker: celler

En stamcelle er i det væsentlige den byggesten af ​​menneskekroppen. Stamceller er i stand til at opdele i længere perioder, er uspecialiserede, men kan udvikle sig til specialiserede celler. De tidligste stamceller i menneskekroppen er dem, der findes i det menneskelige embryo. Stamcellerne inde i et embryo vil i sidste ende give anledning til hver celle, væv og organ i fostrets krop. I modsætning til en almindelig celle, som kun kan replikere for at skabe mere af sin egen slags celle, er en stamcelle pluripotente. Når den adskiller sig, kan den gøre en af ​​de 220 forskellige celler i menneskekroppen. Stamceller har også mulighed for selv-forny - de kan reproducere sig selv mange gange.

Der er flere typer stamceller, herunder:

  • Embryonale stamceller - Embryonale stamceller omfatter dem, der findes inden for embryoet, fosteret eller navlestrengsblod. Afhængigt af hvornår de høstes, kan embryonale stamceller give anledning til næsten enhver celle i menneskekroppen.
  • Voksne stamceller - Voksne stamceller findes hos spædbørn, børn og voksne. De bor i allerede udviklede væv som hjerte, hjerne og nyre. De giver normalt celler i deres bosiddende organer.
  • Inducerede pluripotente stamceller (IPSC)- Disse stamceller er voksne, differentierede celler, der er eksperimentelt "omprogrammeret" til en stamcellelignende tilstand.

Så hvordan virker alle disse typer stamceller? Og hvad er deres potentielle anvendelser? Lad os finde ud af at begynde med embryonale stamceller.

Embryonale stamceller

Hvordan Stamceller virker: virker

Når en ægcelle befrugtes af en sæd, vil den opdele og blive et embryo. I embryoet er der stamceller, der er i stand til at blive alle de forskellige celletyper i menneskekroppen. Til forskning får forskere embryoner på to måder. Mange par opfattes ved in vitro-befrugtningsprocessen. I denne proces befrugtes et par sæd og æg i en kulturskål. Ægene udvikler sig til embryoner, som derefter implanteres i kvinden. Imidlertid fremstilles flere embryoner end implantat. Så disse fostre er normalt frosne. Mange par donerer deres ubrugte embryoner til stamcelleforskning.

Den anden måde, hvorpå forskere får embryoner, er terapeutisk kloning. Denne teknik smelter sammen en celle (fra patienten, der har brug for stamcelle terapi) med et donoræg. Kernen fjernes fra ægget og erstattes med kernen i patientens celle. (For et detaljeret kig på processen, se Hvordan Cloning Works) Dette æg stimuleres til at opdele enten kemisk eller elektricitet, og det resulterende embryo bærer patientens genetiske materiale, hvilket signifikant reducerer risikoen for, at hans eller hendes krop vil afvise stangen celler, når de er implanteret.

Begge metoder - der bruger eksisterende befrugtede embryoner og skaber nye embryoner specifikt til forskningsformål - er kontroversielle. Men før vi kommer ind i kontroversen, lad os finde ud af, hvordan forskere får stamceller til at replikere i laboratorieindstillinger for at studere dem.

Når et embryo indeholder omkring otte celler, er stamcellerne totipotent - de kan udvikle sig til alle celletyper Om tre til fem dage udvikler embryoet sig til en kugle af celler kaldet a blastocyst. En blastocyst indeholder ca. 100 celler i alt, og stamcellerne er inde. På dette stadium er stamcellerne pluripotente - De kan udvikle sig til næsten enhver celletype.

Hvordan Stamceller virker: stamceller

For at vokse stamcellerne fjerner forskerne dem fra blastocysten og dyrker dem (dyrk dem i en næringsrig løsning) i en petriskål i laboratoriet. Stamcellerne deler adskillige gange, og forskere deler populationen i andre retter. Efter flere måneder er der millioner af stamceller. Hvis cellerne fortsætter med at vokse uden at differentiere, har forskerne en stamcellelinje. Cellelinier kan fryses og deles mellem laboratorier. Som vi vil se senere, er stamcellelinjer nødvendige for at udvikle terapier.

I dag bliver mange forventede mødre spurgt om navlestrengsbaner - processen med opbevaring af navlestrengsblod efter fødslen. Hvorfor ville nogen have det? Når en moder får fødsel, bliver navlestrengen og det resterende blod ofte kasseret. Dette blod indeholder dog også stamceller fra fosteret. Navlestrengsblod kan høstes, og de embryonale stamceller vokser i kultur. I modsætning til embryonale stamceller fra tidligere i udvikling er føtale stamceller fra navlestrengsblod multipotent - de kan udvikle sig til et begrænset antal celletyper

Nu hvor du har en bedre forståelse af embryonale stamceller, lad os se på voksne stamceller.

Voksne stamceller

Hvordan Stamceller virker: hvordan

Du kan tænke på voksne stamceller som vores indbyggede reparationssæt, regenerere celler, der er beskadiget af sygdom, skade og daglig slitage. Disse udifferentierede celler opholder sig blandt andre differentierede celler i et væv eller organ; de deler og bliver specialiserede til at reparere eller erstatte de omgivende differentierede celler. Et almindeligt eksempel på voksne stamceller er hæmopoietiske stamceller, som findes i rød knoglemarv. Disse stamceller differentieres i forskellige blodlegemer (røde blodlegemer, lymfocytter, blodplader - se hvordan blod virker for mere information). For eksempel er røde blodlegemer ikke i stand til at reproducere og overleve i ca. 28 dage. For at erstatte udtjente røde blodlegemer opdeles de hemopoietiske stamceller i knoglemarven og differentieres i nye røde blodlegemer.

Benmärg indeholder også en anden type voksen stamcelle kendt som a stromale eller mesenkym stamcelle. Stromale stamceller bliver knogler, brusk, fedt og bindevæv, der findes i knogle. Voksne stamceller er også blevet fundet i mange andre væv, såsom hjernen, skeletmuskel, blodkar, hud, lever, tænder og hjerte. Uanset kilden er voksne stamceller multipotent - de kan udvikle sig til et begrænset antal celletyper

Selv om voksne stamceller findes i mange væv, er deres tal små, måske en voksen stamcelle for hver 100.000 omgivende celler. Disse stamceller ligner de omgivende celler, så det er svært at fortælle dem fra hinanden. Men forskere har udviklet en interessant måde at identificere dem ved at "belysning dem op". Alle celler har unikke proteiner på deres overflade kaldet receptorer. Receptorer binder kemiske meddelelser fra andre celler som en del af celle-til-celle kommunikation. Forskere bruger disse receptorer - eller markører - at identificere og isolere voksne stamceller ved at "mærke" de kemiske meddelelser, der binder til de specifikke receptorer på stamcellen med fluorescerende molekyler. Når den fluorescerende kemiske besked binder til receptoren på stamcellens overflade, vil stamcellen "lyse" under fluorescerende lys. Den "oplyste" stamcelle kan derefter identificeres og isoleres.

Ligesom embryonale stamceller kan voksne stamceller dyrkes i kultur for at etablere stamcellelinier.

Voksne stamceller blev engang antaget at være mere begrænsede end embryonale stamceller, hvilket kun gav anledning til den samme type væv, som de stammer fra. Men ny forskning tyder på, at voksne stamceller måske også har potentiale til at generere andre typer celler. For eksempel kan leveren celler være coaxed for at producere insulin, som normalt laves af bugspytkirtlen. Denne evne er kendt som plasticitet eller transdifferentiering

Det blev tidligere antaget, at der kun var to typer stamceller - embryonale og voksne - men der er et andet barn på stamcelleblokken. Fortsæt læsning for at lære om denne "nye" type: den inducerede pluripotente stamcelle.

Inducerede Pluripotente Stamceller (IPSC'er)

Uanset om det er fra embryoner eller voksne væv, er stamceller få. Men mange er nødvendige for celleterapier. Der har været etiske og politiske problemer med at bruge embryonale stamceller - så hvis der var en måde at få flere stamceller fra voksne, kan det være mindre kontroversielt. Indtast IPSC.

Hver celle i kroppen har de samme genetiske instruktioner. Så hvad gør en hjertecelle anderledes end en levercelle? De to celler udtrykker forskellige sæt af gener. Ligeledes drejer en stamcelle sig om specifikke sæt af gener for at differentiere til en anden celle. Så er det muligt at omprogrammere en differentieret celle, så den vender tilbage til en stamcelle? I 2006 gjorde forskere netop det. De brugte en virus til at levere fire stamcellefaktorer i hudceller. Faktorerne forårsagede, at de differentierede stamceller gik ind i en embryonal stamcellelignende tilstand. De resulterende celler, kaldet inducerede pluripotente stamceller (IPSC'er), delte mange karakteristika med menneskelige embryonale stamceller. IPSC'ernes strukturer var ens, de udtrykte de samme markører og gener, og de voksede det samme. Og forskerne var i stand til at dyrke IPSC'erne i cellelinjer.

Der er mange flere differentierede celler i den menneskelige krop end stamceller, embryonale eller voksne. Så store celler af stamceller kunne laves fra en patients egne differentierede celler, som hudceller. At gøre IPSC'er involverer ikke embryoner, så dette ville omgå de etiske og politiske problemer, der er involveret i stamcelleforskning. Men at lave ISPSC'er er en ny udvikling, så forskere skal gøre mere forskning, før de kan bruges til terapier. For det første skal vi forstå "omprogrammeringsprocessen" bedre. Og så skal vi undersøge, om IPSC'er er lige ens nok eller faktisk er identiske med embryonale stamceller. Nuværende forskning er fokuseret på disse spørgsmål, men omprogrammering af celler til at gøre IPSC'er har stort potentiale.

Nu hvor du har en god ide om, hvad stamme celler er, og hvordan de virker, lad os se, hvordan de kan bruges til at behandle sygdomme.

Gem de tænder

Tandlæger kasserer normalt visdomst tænder efter at de er blevet ekstraheret - men måske bør de begynde at redde dem; de kan bare være nyttige i at lave stamceller. For nylig lavede en gruppe japanske forskere induceret pluripotente stamceller (IPSC'er) fra tandpulpen af ​​ekstraherede visdomstænder. De brugte vira til at levere stamcellefaktorer til mesenkymale stromaceller isoleret fra massen af ​​tredje molarer. De resulterende IPSC'er lignede embryonale stamceller.

I 2003 blev en NIH-forsker, Sangtao Shi, ekstraheret stamceller fra hans datters baby-tænder. Stamcellerne voksede i kultur og kunne danne knogler, når de blev implanteret i mus. Potentielt kan du bank stamceller fra dine tænder til fremtidig brug, men det ville være en dyr proces.

Måske er det hvad tandfanden gør med alle tænderne?

Brug af stamceller til behandling af sygdom

Hvordan Stamceller virker: celler

Det første skridt i at bruge stamceller til sygdomsbehandling er at etablere stamceller, som forskere har opnået. Derefter skal forskere være i stand til at aktivere specifikke gener inden for stamcellerne, så stamcellerne vil skelne ind i en hvilken som helst celle, de ønsker. Men forskere har ikke lært, hvordan man gør det endnu; så studerer stamcelle differentiering er et aktivt forskningsområde. Når videnskabsmændene kan oprette differentierede celler fra stamceller, så er der mange muligheder for deres anvendelse, såsom lægemiddelprøvning og cellebaserede terapier. Lad os f.eks. Sige, at du vil teste nye lægemidler til behandling af hjertesygdomme. I øjeblikket skal nye lægemidler afprøves på dyr. Dataene fra dyreforskning skal fortolkes og ekstrapoleres derefter til mennesker forud for human kliniske forsøg. Men antag at du kunne teste dem direkte på menneskelige hjerteceller. For at gøre dette kunne menneskelige stamcellelinier behandles for at differentiere i menneskelige hjerteceller i en skål. De potentielle lægemidler kan testes på disse celler, og dataene vil være direkte anvendelige for mennesker. Denne brug kunne spare store mængder tid og penge ved at bringe nye lægemidler på markedet.

Stamcellebaserede terapier er ikke nye. Den første stamcelle-baserede terapi var en knoglemarvstransplantation anvendt til behandling af leukæmi. I denne procedure ødelægges patientens eksisterende knoglemarv ved stråling og / eller kemoterapi. Donor knoglemarv injiceres i patienten, og knoglemarvstamceller etablerer sig i patientens knogler. Donorbenmargcellerne differentieres i blodceller, som patienten har brug for. Ofte skal patienten tage medicin for at forhindre, at hans eller hendes immunsystem afviser det nye knoglemarv. Men denne procedure bruger eksisterende hæmopoietiske stamceller. Hvordan ville du bruge stamceller? Lad os se på, hvordan stamceller kan bruges til behandling af hjertesvigt.

Ideelt set kan forskere stimulere stamceller til at behandle et svigtende hjerte for at differentiere sig til hjerteceller og injicere dem i patientens beskadigede hjerte. Der kunne de nye hjerteceller vokse og reparere det beskadigede væv. Skønt forskere endnu ikke kan lede stamceller til at differentiere i hjerteceller, har de testet denne ide hos mus. De har injiceret stamceller (voksne, embryonale) i mus med beskadigede hjerter. Cellerne voksede i de beskadigede hjerteceller, og musene viste forbedret hjertefunktion og blodgennemstrømning.

I disse eksperimenter forbliver præcis hvordan stamcellerne forbedrede hjertefunktionen kontroversiel. De kan have regenereret nye muskelceller direkte. Alternativt kan de have stimuleret dannelsen af ​​nye blodkar i de beskadigede områder. Og den nye blodgennemstrømning kan have stimuleret eksisterende hjerte stamceller til at skelne ind i nye hjerte muskelceller. Disse eksperimenter vurderes for øjeblikket.

En stor hindring i stamcelleanvendelse er problemet med afvisning. Hvis en patient injiceres med stamceller taget fra et doneret embryo, kan hans eller hendes immunsystem se cellerne som fremmede invaderere og starte et angreb mod dem. Brug af voksne stamceller eller IPSC'er kunne overvinde dette problem noget, da stamceller taget fra patienten ikke ville blive afvist af hans eller hendes immunsystem. Men voksne stamceller er mindre fleksible end embryonale stamceller og er sværere at manipulere i laboratoriet. Og IPSC-teknologien er for ny til transplantationsarbejde.

Endelig ved at studere hvordan stamceller differentieres i specialiserede celler, kan de opnåede oplysninger bruges til at forstå, hvordan fødselsdefekter forekommer og muligvis hvordan man behandler dem.

Så hvis der er så meget potentiale i stamcelleforskning, hvorfor hele kontroversen? Lad os undersøge de nuværende etiske og politiske spørgsmål.

Stem Cell Research Controversy

Stamcelleforskning er blevet en af ​​de største problemer, der deler de videnskabelige og religiøse samfund rundt om i verden. Kernen i spørgsmålet er et centralt spørgsmål: Hvornår begynder livet? På nuværende tidspunkt for at få stamceller, der er pålidelige, må forskerne enten bruge et embryo, der allerede er blevet udtænkt eller ellers klone et embryo ved hjælp af en celle fra en patients krop og et doneret æg. Uanset hvad, for at høste et embryos stamceller, skal forskerne ødelægge det. Selv om dette embryo kun må indeholde fire eller fem celler, siger nogle religiøse ledere, at ødelæggelsen er det samme som at tage et menneskeligt liv. Uundgåeligt trådte dette spørgsmål ind på den politiske arena.

I 1996 bestod kongressen en rytter til den føderale bevillingsregning kaldet Dickey-Wicker ændring. Repræsentanter Jay Dickey og Roger Wicker foreslog at forbyde brugen af ​​føderale midler til enhver forskning, hvor et menneskeligt embryo er skabt eller ødelagt. Føderale midler er en primær kilde til finansiering af stamcelleforskning. Ændringen er blevet fornyet hvert år siden dengang.

I 2001 begrænsede præsident George W. Bush yderligere føderal stamcelleforskning.I en bekendtgørelse udtalte Bush, at føderale midler kun kunne anvendes til forskning på menneskelige embryonale stamceller, der allerede var etableret (kun 22 cellelinjer). Dette forhindrede forskere i at skabe flere embryonale stamcellelinier til forskning.

I 2009 udstedte præsident Barack Obama en udøvende bekendtgørelse for at udvide embryonal stamcelleforskning. Obamas administration tillod føderal finansiering af embryonal stamcelleforskning, hvis følgende betingelser var gældende:

  • Cellelinjen var en af ​​de 22, der eksisterede under Bush-administrationen eller blev skabt af embryoner, der var blevet kasseret efter in vitro befrugtningsprocedurer.
  • Fødtes donorer blev ikke betalt på nogen måde.
  • Donorerne vidste klart, at embryonerne ville blive brugt til forskningsformål forud for samtykke.

Ifølge administrationen overtrådte den nye politik ikke Dickey-Wicker-ændringsforslaget, fordi pengene ikke finansierede oprettelsen af ​​nye embryoner (de var allerede skabt af private midler) og finansierede ikke ødelæggelsen af ​​dem.

I 2009 indgav to forskere fra Boston, Dr. James Sherley fra Boston Biomedical Research Institute og Dr. Theresa Deisher fra Ava Maria Biotechnology Company og andre agenturer en retssag mod regeringen. Indledningsvis blev retssagen afvist, fordi dommeren fastslog, at sagsøgerne ikke havde nogen juridisk status (dvs. de var ikke væsentligt påvirket af de nye regler). En appelinstans overtrådte imidlertid den oprindelige afgørelse. De to forskere forblev sagsøgere. Forskerne hævdede, at de nye regler ville øge konkurrencen om føderale forsknings dollars, fordi de kun brugte voksne stamceller udelukkende i deres forskning, hvilket påvirker deres evne til at opnå finansiering. Forbundsdomstol Royce Lamberth opretholdt appeldomstolens afgørelse. Han lagde et forbud mod at forhindre de nye regler på plads. Han hævdede, at reglerne overtrådte Dickey-Wicker-ændringen, fordi embryoner skal destrueres i processen med at skabe embryonale stamcellelinier.

I september 2010 rapporterede The New York Times, at den amerikanske appelkammer hævdede, at føderal finansiering af embryonal stamcelleforskning kunne fortsætte under de nye regler, mens retten anser dommer Lamberths afgørelse [kilde: New York Times]. Denne bestemmelse tillader forskere at fortsætte med at fodre embryonale stamcellekulturer, eksperimentere med mus og andre forskningsaktiviteter indtil denne domstol er gældende, US Supreme Court vejer ind, eller kongressen passerer lovgivning, der klargør spørgsmålene. I mellemtiden er stamcelleforskning og karriere af stamcelleforskere på en lovlig rutsjebane. Selv om stamceller har stort potentiale til behandling af sygdomme, forbliver der meget arbejde på de videnskabelige, etiske og juridiske fronter.

For mere om stamceller skal du undersøge linkene på den følgende side.

Stem Cell Research Advocates

Siden 1991, da han blev diagnosticeret med Parkinsons sygdom (en degenerativ hjerneforstyrrelse, der påvirker bevægelsen), har skuespiller Michael J. Fox været vokalforstander for stamcelleforskning. Hans fundament har doneret mere end $ 205 millioner til at hjælpe med at finansiere Parkinsons forskning [kilde: Michael J. Fox Foundation]. Fox og hans fundament håber, at forskere en dag vil være i stand til at coax stamceller til at producere dopamin, et kemikalie i kroppen, der er mangelfuld hos patienter med Parkinsons sygdom.

Den tidligere første dame Nancy Reagan blev også en advokat for stamcelleforskning, da hendes mand, tidligere præsident Ronald Reagan, blev ramt af Alzheimers, en anden degenerativ hjerne sygdom. Han døde af Alzheimers i sommeren 2004.


Video Supplement: Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) for Mutiple sclerosis.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com