Kľúčový rozdiel – bunky IPS verzus embryonálne kmeňové bunky
Existuje niekoľko typov kmeňových buniek, ktoré možno použiť na regeneráciu tkaniva v tkanivovom inžinierstve a pri hojení rán. Medzi nimi embryonálne kmeňové bunky slúžia ako hlavné a najvhodnejšie typy kmeňových buniek, pretože sú prirodzene pluripotentné. Pluripotencia je schopnosť bunky diferencovať sa na mnohé alebo všetky typy buniek v dospelom tele. Ľudské embryonálne kmeňové bunky sú schopné diferencovať sa na viac ako 200 špecializovaných typov buniek nachádzajúcich sa u človeka. Sú izolované z vnútornej bunkovej hmoty in vitro oplodneného embrya, ktoré je staré niekoľko dní a používa sa na tkanivové inžinierstvo a terapiu chorôb. Avšak kvôli etickým problémom súvisiacim s embryonálnymi kmeňovými bunkami sa vedci pokúšajú vytvoriť umelé pluripotentné kmeňové bunky in vitro indukciou génovej expresie dospelých somatických buniek. Sú známe ako indukované pluripotentné kmeňové bunky (IPS bunky). Kľúčový rozdiel medzi bunkami IPS a embryonálnymi kmeňovými bunkami je v tom, že indukované pluripotentné kmeňové bunky sú dospelé somatické bunky, ktoré sú generované a geneticky preprogramované tak, aby fungovali ako embryonálne kmeňové bunky a stávajú sa pluripotentnými, zatiaľ čo embryonálne kmeňové bunky sú prirodzene pluripotentné.
Čo sú to IPS bunky?
Indukované pluripotentné kmeňové bunky (IPS bunky) sú bunky, ktoré vedci vyvinuli na napodobňovanie prirodzených pluripotentných kmeňových buniek nazývaných embryonálne kmeňové bunky. Tieto bunky sú konštruované za podmienok in vitro v laboratóriách. Génová expresia dospelých buniek je preprogramovaná tak, aby indukovala diferenciáciu v indukovaných pluripotentných kmeňových bunkách. Bunky IPS teda vykazujú rovnaké vlastnosti ako embryonálne kmeňové bunky, ako je samoobnovenie, diferenciácia atď. Ale IPS bunky nie sú identické s ES bunkami podľa literatúry a lekárskych expertov.
IPS bunky prvýkrát skonštruovali na Kjótskej univerzite v Japonsku Shinya Yamanaka a tím v roku 2006. Na generovanie IPS buniek použili myšacie fibroblasty a gény sa dodávajú pomocou retrovírusov ako vektorov. Po druhé, bunky IPS boli vyvinuté v roku 2007 s použitím ľudských buniek. Mnoho vedcov vytvára IPS bunky, ktoré sú takmer identické s ES bunkami. Na bezpečné a efektívne používanie týchto IPS buniek na bunkovú terapiu sú však potrebné ďalšie výskumy.
Počas procesu preprogramovania fibroblastov na vývoj IPS buniek by sa indukcia génov ES buniek a supresia génov fibroblastov mala vykonávať opatrne a správne. V opačnom prípade nebudú výsledné bunky fungovať ako bunky ES.
Bunky ES majú etické úvahy. Dá sa tomu vyhnúť pomocou IPS buniek. IPS bunky sa v porovnaní s ES bunkami ľahko používajú. Vývoj IPS má však veľa výziev, ako je nízka účinnosť, vloženie genómu, neúplné preprogramovanie atď. Existuje šanca na zavedenie mutácií ako súčasť tvorby. Metylácia DNA je dôležitou udalosťou v bunkách pri zapínaní a vypínaní génov a reguluje génovú expresiu. Je dôležitý pre konštrukciu IPS buniek aj pri genetickom preprogramovaní. Preto je potrebné pozrieť sa na metylačné vzorce ES buniek a vyvinúť rovnaké vzory v IPS bunkách, aby sa vytvorili dokonale identické IPS bunky s ES bunkami. Iba IPS bunky môžu s istotou a bezpečnosťou nahradiť ES bunky pre výskum a terapiu.
Tieto bunky sa zatiaľ nepoužívajú pri liečbe ľudských chorôb. Stále sa používajú pri testovaní na zvieratách. Jedným z hlavných cieľov konštrukcie IPS buniek je však ich použitie pre pacientov s Parkinsonovou chorobou a neskôr na tvorbu tkaniva a mnoho komplexných terapií chorôb.
Obrázok 01: Indukovaný proces vývoja pluripotentných kmeňových buniek
Čo sú to embryonálne kmeňové bunky?
Embryonálne kmeňové bunky (ES bunky) sú nediferencované bunky nachádzajúce sa vo vnútornej bunkovej hmote vyvíjajúceho sa embrya. Majú prirodzenú schopnosť sebaobnovy a diferenciácie na všetky typy buniek dospelého človeka. Preto sú známe aj ako pluripotentné kmeňové bunky. Potenciál rýchleho delenia buniek ich robí vhodnými na použitie pri regenerácii tkanív a hojení rán. Embryonálne kmeňové bunky rastú primárne do troch primárnych zárodočných vrstiev, ako je ektoderm, endoderm a mezoderm, ktoré sa neskôr diferencujú na rôzne typy buniek ľudského tela. Preto bunky ES slúžia ako cenný nástroj v regeneratívnej medicíne.
ES bunky sa izolujú z in vitro oplodneného vajíčka, z ktorého sa vyvinie niekoľko dní staré embryo. Je dôležité vedieť, že tento výraz „embryonálne kmeňové bunky“sa nepoužíva na označenie kmeňových buniek odvodených z embrya vyvinutého v tele ženy. Kmeňové bunky odobraté z niekoľko dní starého embrya sa uchovávajú v laboratóriách ako línie embryonálnych kmeňových buniek. Ak sú zabezpečené vhodné podmienky, je možné udržiavať nediferencované kmeňové bunky v laboratóriách.
Embryonálne kmeňové bunky sú predchodcami všetkých typov buniek tela vrátane svalových, nervových, pečeňových a mnohých ďalších buniek. Ak vedci dokážu správne nasmerovať diferenciáciu buniek ES udržiavaných in vitro, môžu bunky použiť na liečbu určitých chorôb, ako je cukrovka, traumatické poranenie miechy, Duchennova svalová dystrofia, srdcové choroby a strata zraku a sluchu atď.
Obrázok 02: Ľudské embryonálne kmeňové bunky
Aký je rozdiel medzi bunkami IPS a embryonálnymi kmeňovými bunkami?
IPS bunky verzus embryonálne kmeňové bunky |
|
| IPS bunky sú bunky generované in vitro preprogramovaním dospelých somatických buniek tak, aby napodobňovali ES bunky. | Kmeňové bunky, ktoré sú izolované z niekoľkodňového embrya, sú známe ako embryonálne kmeňové bunky. |
| Izolácia od embrya | |
|
IPS bunky nie sú embryonálne bunky. | ES bunky sú prirodzené embryonálne bunky. |
| Pluripotency | |
| IPS bunky sú umelé pluripotentné bunky. | ES bunky sú pluripotentné bunky |
Summary – IPS Cells vs Embryonic Stem Cells
IPS bunky napodobňujú bunky ES. Ale nie sú dokonale identické s ES bunkami. Oba typy buniek vykazujú pluripotenciu. Oba typy buniek majú veľký potenciál na použitie v tkanivovom inžinierstve a terapiách chorôb. Avšak použitie týchto buniek v terapii ľudských chorôb sa stále nepraktizuje z dôvodu etických a bezpečných problémov. IPS sú generované genetickým preprogramovaním dospelých buniek. Nie sú izolované z embrya. ES bunky sú izolované z in vitro oplodnených vaječných buniek, ktoré sú staré niekoľko dní. Toto je rozdiel medzi bunkami IPS a embryonálnymi kmeňovými bunkami.
