Mezenchymalne Komórki Macierzyste

Mezenchymalne komórki macierzyste (ang. MSC - MesenchymalStemCells) to populacja komórek multipotencjalnych, mająca możliwość przekształcenia się w różnorodne typy dojrzałych komórek, między innymi w komórki tłuszczowe, kostne, chrzęstne, mięśniowe oraz nerwowe. Komórki te posiadają szczególne zdolności immunomodulacyjne, a więc takie, dzięki którym mają pozytywny wpływ na odporność, procesy naprawy oraz inne wybrane procesy immunologiczne zachodzące w ludzkim organizmie podczas odrzucania przeszczepu. Dodatkowo stwierdzono u nich właściwości przeciwstarzeniowe oraz promujące proces angiogenezy, czyli tworzenia nowych naczyń włosowatych (krwionośnych) istotny na przykład przy gojeniu ran.

  1. Gdzie w ludzkim organizmie występują mezenchymalne komórki macierzyste?

    W organizmie ludzkim źródła komórek mezenchymalnych podzielić można na pochodzące z dojrzałych, w pełni ukształtowanych tkanek dorosłego człowieka oraz na zlokalizowane w tkankach związanych z porodem.

    Te pierwsze usytuowane są między innymi w szpiku kostnym, tkance tłuszczowej oraz krwi obwodowej. W znacznie mniejszej liczbie  można je również znaleźć w miazdze zębowej, płucach czy gałce ocznej.

    Komórki mezenchymalne pochodzące z tkanek popłodu pozyskać można między innymi z fragmentu łożyska, kosmówki, owodni, płynu owodniowego, a nawet krwi pępowinowej. Doskonałej jakości mezenchymalne komórki macierzyste można uzyskać z galarety Whartona zlokalizowanej w ludzkiej pępowinie. Najnowsze badania wskazują jednoznacznie, iż obecnie najlepszym dostępnym źródłem mezenchymalnych komórek macierzystych jest właśnie galareta Whartona, ponieważ komórki wyizolowane z tej tkanki wykazują podwyższony poziom zdolności namnażania przy zachowaniu optymalnej żywotności (przeżywalności) w porównaniu do komórek mezenchymalnych pochodzących ze szpiku kostnego, tkanki tłuszczowej lub krwi obwodowej.

  2. Właściwości mezenchymalnych komórek macierzystych

    Mezenchymalne komórki macierzyste pochodzenia ludzkiego posiadają zestaw wyjątkowych właściwości, dzięki którym wykorzystywane są przez naukowców oraz lekarzy niemal na całym świecie jako eksperymentalny materiał terapeutyczny. Komórki te mają potwierdzone naukowo właściwości:

    • Samoodnawiania (proliferacji) – zdolności do prowadzenia nieograniczonej liczby podziałów komórkowych w obrębie danej populacji komórek macierzystych. Oznacza to, iż komórki z tą zdolnością nigdy nie utracą swojej „macierzystości”, dając nieustannie początek następnym pokoleniom komórekpodczas każdego, cyklicznego podziału komórkowego.
    • Różnicowania (dyferencjacji) – dającej możliwość przekształcania się w inne struktury komórkowe, często w pełni funkcjonalne. Mezenchymalne komórki macierzyste mogą różnicować się (przekształcać) między innymi w komórki kości, chrząstki, tłuszczu, mięśni szkieletowych, mięśnia sercowego oraz nerwowe.
    • Immunosupresyjne/immunomodulacyjne – polegające na zmodyfikowaniu odpowiedzi immunologicznej, aktywowanej przez organizm, na przykład w odpowiedzi na umieszczenie obcego organu poprzez jego przeszczepienie (transplantację). Mezenchymalne komórki macierzyste hamują lub zmieniają działania komórek immunologicznych uczestniczących w reakcji odpowiedzi na przeprowadzone przeszczepienie zapobiegając odrzuceniu przeszczepu.
    • Przeciwstarzeniowe (antyapoptotyczne) – komórki mezenchymalne są zdolne do „uratowania” przed śmiercią zdrowe komórki, uszkodzone w skutek szkodliwego działania promieniowania, niedotlenienia, związków chemicznych lub uszkodzenia mechanicznego.
    • Angiogeniczne(neowaskularyzacyjne) – pozwalające na wydzielanie związków chemicznych pobudzających tworzenie nowych naczyń krwionośnych. Ma to szczególne znaczenie podczas procesu gojenia ran, a także w odbudowie zniszczonych tkanek.
    • Antymikrobiologiczne (antybakteryjne, antypasożytniczne) – wydzielające te same, bądź bardzo podobne związki co komórki układu immunologicznego podczas zwalczania patogenów obecnych w organizmie. Mezenchymalne komórki macierzyste wydzielają związki wspomagające reakcję immunologiczną skierowana przeciwko bakteriom oraz pasożytom.
    • Przeciwzapalne – hamujące procesy zapalne, poprzez wydzielanie odpowiednich czynników anty-zapalnych. Mezenchymalne komórki macierzyste blokują w ten sposób aktywność komórek układu immunologicznego, dzięki czemu dalszy rozwój stanu zapalnego jest spowolniony.
    • Naprawcze – umożliwiające przemieszczanie się i znalezienie miejsca uszkodzenia, a następnie promowanie aktywacji procesów naprawczych oraz zwiększenie ich wydajności.
  3. Wskazania terapeutyczne

    Mezenchymalne komórki macierzyste są obecnie intensywnie badane pod kątem zastosowania w medycynie regeneracyjnej / terapii komórkowej. Od kilkunastu już lat potwierdza się skuteczność i bezpieczeństwo stosowania mezenchymalnych komórek macierzystych pozyskanych ze szpiku np. w leczeniu trudnych postaci białaczki, powikłań związanych z przeszczepieniem komórek krwiotwórczych oraz w innych chorobach, w tym: leczeniu ran, oparzeń, uszkodzeń stawów czy powszechnie w medycynie estetycznej. Jednym z możliwych zastosowań mezenchymalnych komórek macierzystych pozyskanych z Galarety Whartona jest również wspomaganie leczenia SLA. 

    Komórki macierzyste mogą być wyizolowane z własnych tkanek (szpiku, tłuszczu) lub pozyskiwane od dawcy. W przypadku Terapii prowadzonej przez Instytut Terapii Komórkowych komórki będą pobrane z tzw. Galarety Whartona. Jest to galaretowata substancja znajdująca się w sznurze pępowinowym, niezwykle bogata w mezenchymalne komórki macierzyste (tzw. WJ-MSC) tkanka otaczająca naczynia pępowinowe.
    Komórki te posiadają zdolność do różnicowania w wiele typów wyspecjalizowanych komórek. WJ-MSC mają charakterystykę oraz właściwości podobne do mezenchymalnych komórek macierzystych z innych źródeł z pewną przewagą. Komórki wyizolowane z Galarety Whartona wykazują krótszy czas podziału oraz proliferują przez dłuższy okres pozostawania w hodowli niż komórki BMSC (komórki macierzyste pochodzące ze szpiku kostnego). W porównaniu do komórek mezenchymalnych szpiku czy tłuszczu, pozyskanie WJ-MSC ze sznura pępowinowego - dotychczas standardowo utylizowanego po porodzie - jest znacznie łatwiejsze. Pozyskanie tych komórek nie stanowi źródła bólu, nie stwarza konfliktów natury etycznej i w przeciwieństwie do zarodkowych komórek macierzystych (ESC) nie mają właściwości tumorogennych.
    Tak jak komórki mezenchymalne wyizolowane z innych tkanek, WJ-MSC różnicują do osteoblastów, adipocytów, chondrocytów, komórek śródbłonka, mięśni szkieletowych i kardiomiocytów w hodowli in vitro. Ponadto, komórki WJ-MSC wykazują zdolność do przekształcania się w komórki tkanki nerwowej: neurony dopaminergiczne, neurony cholinergiczne, komórki Schwana produkujące osłonkę mielinową oraz oligodendrocyty. W badaniach przedklinicznych na szczurzym modelu udaru mózgu, wprowadzone do mózgu szczura WJ-MSC różnicują in vivo do komórek śródbłonka i neuronów. Zatem implantacja komórek WJ-MSC może potencjalnie przyczynić się do odbudowy tkanek układu nerwowego poprzez bezpośrednie przekształcanie się komórek macierzystych w komórki wyspecjalizowane, pozwalając na zastąpienie uszkodzonych przez chorobę neuronów lub oligodendrocytów. Ponadto komórki WJ-MSC posiadają także zdolność do produkcji białek wydzielanych do przestrzeni pozakomórkowej stymulujących regenerację tkanek. Między innymi WJ-MSC produkują czynniki angiogenne takie jak CXCL2, CXCL5 i FGF9 oraz czynniki neurotroficzne NTF3, EGF i MDK. Ekspresja wymienionych czynników neurotroficznych jest wyższa w komórkach WJ-MSC w porównaniu z BMSC. W badaniach in vitro wykazano, że czynniki parakrynne produkowane przez WJ-MSC powodują wzrost przeżywalności i podziałów pierwotnych neuronów korowych i móżdżkowych.
    Kolejną cechą WJ-MSC, istotną z punktu widzenia zastosowania klinicznego, są właściwości immunomodulacyjne, polegające na zahamowaniu aktywacji układu immunologicznego. W badaniach laboratoryjnych wykazano, że WJ-MSC hamują proliferację stymulowanych splenocytów, limfocytów T oraz same nie stymulują proliferacji limfocytów T. Ponadto, WJ-MSC wykazują niską ekspresję receptorów kostymulujacych dla limfocytów T- CD40, CD80 i CD86 oraz wysoką ekspresję białek wykazujących cechy immunosupresyjne- HLA-G, IL-6, VEGF. W innych pracach wykazano inhibicję różnicowania monocytów do komórek dendrytycznych oraz inhibicję produkcji czynników prozapalnych TNF-a i IFN-y przez stymulowane limfocyty T.

    Wielokrotne, skuteczne, wykorzystanie mezenchymalnych komórek macierzystych w hematologii, onkologii oraz w transplantologii komórek zostało już opisane, między innymi w:

    • profilaktyce choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi (GvHD)
    • leczeniu ostrej choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi (aGvHD)
    • leczeniu przewlekłej choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi (cGvHD)
    • odbudowie autologicznego układu krwiotwórczego
    • odbudowie układu krwiotwórczego biorcy za pomocą allogenicznych krwiotwórczych komórek macierzystych
    • leczeniu toksyczności spowodowanej przez chemioterapię oraz radioterapię.