Kinga Kamieniarz1, Robert Nawrot1, Katarzyna Grajek2, Anna

Transkrypt

PRACE PRZEGL¥DOWE
Biotechnologia w medycynie
regeneracyjnej i reprodukcyjnej
Kinga Kamieniarz1, Robert Nawrot1, Katarzyna Grajek2,
Anna GoŸdzicka-Józefiak1
1Zak³ad
Wirusologii Molekularnej, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza,
Poznañ
2Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii ¯ywnoœci, Akademia Rolnicza
im. Augusta Cieszkowskiego, Poznañ
Biotechnology in regenerative and reproductive medicine
Summary
Rapid progress in molecular biology, genetics, and mammalian biotechnology has revolutionized diagnostic, therapeutic and reproductive cloning in
mammals. Recently, several human gene products have been able to be pharmaceutically explored in transgenic organisms and employed for medical applications.
When organs or tissues are irreparably damaged, they may be also replaced
with an artificial device or donor organ. Promising and also controversial application for therapeutic and regenerative medicine is stem cells engineering.
Key words:
regenerative medicine, stem cells, diagnosis.
Adres do korespondencji
Anna GoŸdzicka-Józefiak,
Zak³ad Wirusologii
Molekularnej,
Instytut Biologii
Eksperymentalnej,
Uniwersytet
im. Adama Mickiewicza,
ul. Miêdzychodzka 5,
60-371 Poznañ.
2 (73) 31–48 2006
1. Wstêp
Gwa³towny rozwój w ostatnim dwudziestoleciu biologii molekularnej, genetyki, technik in¿ynierii genetycznej i biotechnologii, stworzy³ doskona³e podstawy do rozwoju diagnostyki i terapii szeregu schorzeñ cz³owieka. Wywar³o to tak¿e ogromny
wp³yw na rozwój przemys³u farmaceutycznego. Na uwagê zas³uguje doskonalenie, na drodze in¿ynierii genetycznej, licznych
mikroorganizmów, zdolnych do produkcji substancji o dzia³aniu
farmakologicznym, np. antybiotyków czy cytostatyków. Mo¿liwe
Kinga Kamieniarz i inni
sta³o siê tak¿e konstruowanie organizmów transgenicznych zawieraj¹cych geny,
których produkty maj¹ w³aœciwoœci lecznicze, jak np. bakterie zdolne do syntezy
ludzkiej insuliny czy zwierzêta transgeniczne wykorzystywane jako bioreaktory do
produkcji bia³ek cz³owieka (1). W ten sposób uzyskano np. krowy wytwarzaj¹ce
wraz z mlekiem bia³ka cz³owieka (erytropoetynê i laktoferynê), czy owce wytwarzaj¹ce mleko z czynnikami krzepliwoœci krwi (2). Produkowane zwi¹zki próbuje siê
tak¿e tak modyfikowaæ, z u¿yciem metod in¿ynierii genetycznej, aby polepszyæ ich
w³aœciwoœci farmakologiczne. Wprowadzane modyfikacje przed³u¿aj¹ trwa³oœæ wielu leków, umo¿liwiaj¹ specyficzne kierowanie ich do miejsc w organizmie, gdzie zachodzi proces chorobowy, zwiêkszaj¹ zdolnoœæ ich pobierania przez w³aœciwe komórki oraz zmniejszaj¹ ich toksyczne dzia³anie wzglêdem prawid³owych komórek
organizmu (1,2). W wyniku rozwoju genomiki oraz bioinformatyki powsta³a równie¿ nowa ga³¹Ÿ w farmacji – farmakogenomika, pozwalaj¹ca na programowanie
i opracowanie nowych leków oraz testów genetycznych, umo¿liwiaj¹cych wczesne
rozpoznanie wielu chorób i ich leczenie na drodze terapii genowej (3).
Osi¹gniêcia w biologii molekularnej i biotechnologii maj¹ równie¿ ogromny
wp³yw na postêp w rozwoju medycyny regeneracyjnej (4,5).
2. Medycyna regeneracyjna
Regeneracja komórek krwi czy komórek nab³onkowych zachodzi podczas ca³ego
¿ycia cz³owieka. Ze znacznie mniejsz¹ czêstoœci¹ ulegaj¹ regeneracji koœci, w¹troba, miêœnie, naczynia krwionoœne, natomiast bardzo ograniczone mo¿liwoœci maj¹
komórki mózgu. Niekiedy w wyniku choroby uszkodzenie narz¹dów bywa jednak
tak du¿e, ¿e organizm nie jest zdolny do ich regeneracji i musz¹ byæ zast¹pione poprzez transplantacjê – komórek, czêœci tkanek lub ca³ych narz¹dów. Sta³o siê to
podstaw¹ do poszukiwania nowych sposobów ich odbudowy. Rozwój medycyny regeneracyjnej zachodzi na ró¿nych p³aszczyznach, które obejmuj¹:
– poszukiwanie czynników stymuluj¹cych organizm do samonaprawy;
– implantacjê komórek, tkanek lub narz¹dów (przeszczepy autologiczne i allogeniczne oraz ksenotransplantacje);
– poszukiwanie metod pozwalaj¹cych na regeneracjê starych tkanek;
– zastêpowanie brakuj¹cych tkanek lub narz¹dów materia³ami sztucznymi (4-7).
2.1. Czynniki stymuluj¹ce organizm do samonaprawy
Dla medycyny regeneracyjnej wa¿ne znaczenie ma poznanie czynników odpowiedzialnych za proliferacjê komórek, ich wzrost i ró¿nicowanie. Na podstawie wyników dotychczasowych badañ wskazuje siê, ¿e zdolnoœæ komórek do ró¿nicowania
siê w komórki ró¿nych typów i samoodtwarzania tkanek zale¿y od œrodowiska w ja-
32
PRACE PRZEGL¥DOWE
Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej
kim siê one znajduj¹ i obecnych tam licznych czynników tworz¹cych specyficzn¹
„niszê”. Charakter tych czynników jest s³abo poznany. Niewiele wiadomo o ich wzajemnym oddzia³ywaniu i wspó³dzia³aniu. Wa¿ne znaczenie przypisuje siê czynnikom wzrostu, bia³kom bior¹cym udzia³ w przekazie sygna³u do komórki i w komórce oraz bia³kom macierzy zewn¹trzkomórkowej (8). Wykazano np., ¿e oddzia³ywanie bia³ek komórkowych z bia³kami macierzy zewn¹trzkomórkowej za poœrednictwem integryn wp³ywa na ekspresjê cz¹steczek sygna³owych BMP-4 (ang. bone morphogenic protein 4) i Wnt-1 (od nazw ang. wingless i int). Z kolei podwy¿szona ekspresja Wnt-1, a obni¿ona BMP-4 sprzyja ró¿nicowaniu siê komórek w komórki nerwowe, natomiast wysoka ekspresja BMP-4, a niska Wnt-1 w komórki miêœniowe (8), natomiast angiogeneza mo¿e byæ regulowana przez FGF2 (ang. fibroblast growth factor), TGF beta 1 (ang. transforming growth factor beta 1), Flk1 (ang. fetal liver kinase 1),
VEGF (ang. vascular endothelial growth factor) (9,10). Czynnikiem, którego wp³yw na
wzrost i mineralizacjê koœci jest stosunkowo dobrze poznany jest ludzki hormon
wzrostu hGH (ang. human growth hormone). Wykazano, ¿e stymuluje on chondrocyty
do proliferacji przez uwalnianie insulinopodobnych czynników wzrostu oraz syntezê bia³ek macierzy zewn¹trzkomórkowej (g³ównie kolagenu). Ponadto ma wp³yw na
metabolizm i dynamikê miêœnia sercowego, oddzia³uje na uk³ad endokrynny i rozwój narz¹dów p³ciowych (11). Dlatego GH próbowano stosowaæ jako czynnik przyœpieszaj¹cy regeneracjê koœci, skóry, neuronów, naczyñ krwionoœnych oraz w badaniach nad ró¿nicowaniem siê komórek macierzystych w komórki ro¿nych typów.
Hormon ten z uwagi na wa¿ne znaczenie farmakologiczne by³ jednym z pierwszych
peptydów produkowanych metodami biotechnologicznymi na potrzeby medycyny
regeneracyjnej (2,12-14). hGH uda³o siê tak¿e otrzymaæ z wykorzystaniem transgenicznych zwierz¹t. Swój udzia³ maj¹ w tym równie¿ polscy naukowcy, którzy uzyskali transgenicznego królika, produkuj¹cego ten hormon i wydzielaj¹cego go wraz
z mlekiem (15). Nastêpnie wykazano, ¿e inne czynniki, w tym BMP (ang. bone morphogenic proteins), odpowiedzialne za morfogenezê koœci oraz podobny do nich OP-1
(ang. osteogenic protein-1), stymuluj¹ gojenie siê z³amañ koœci z takim samym powodzeniem jak przeszczep koœci, a czynnik 2 wzrostu keratynocytów (Repifermin)
znacznie przyspiesza gojenie siê wrzodów na nogach (16). Z kolei, bia³ko MPIF (ang.
myeloid progenitor inhibitory factor) odpowiedzialne za kontrolê produkcji komórek
krwi w organizmie cz³owieka okaza³o siê doskona³ym czynnikiem redukuj¹cym toksyczny wp³yw chemioterapii na komórki krwi (2,17). Obecnie bia³ka te oraz inne
czynniki o wa¿nym znaczeniu farmakologicznym s¹ produkowane metodami biotechnologicznymi (tab. 1). Ich podawanie reguluje funkcjonowanie organizmu i znacznie przyspiesza regeneracjê wielu tkanek.
BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006
33
Tabela 1
Leki produkowane metodami biotechnologicznymi (wg 2)
Produkt
Zastosowanie w leczeniu
alfa1-antytrypsyna
mukowiscydoza, rozedma
bia³ko CFTR
mukowiscydoza
alfa glukozydaza
zaburzenia w magazynowaniu glikogenu
antytrombina III
zator
kolagen
reumatyzm
hemoglobina
talasemia
czynnik VIII I IX
hemofilia
bia³ko C
regulator krzepliwoœci krwi
tPA
zawa³ serca, niedokrwistoœæ
fibrynogen
zapalenia
LDL-receptor
hipercholesterolemia
dystrofina
dystrofia miêœniowa (Duchenne’a)
laktoferyna
dodatek do pokarmów dla dzieci
przeciwcia³a
terapie antynowotworowe
antygeny
niedobory immunologiczne
enzymy (alfa galaktozydaza, glukocerebrozydaza, alfa idu- niedobory enzymatyczne
ronidaza, beta heksoaminidaza)
hGH
terapie hormonalne
2.2. Regeneracja tkanek
Niekiedy ubytek komórek i tkanek jest tak du¿y, ¿e wymaga transplantacji czêœci
tkanek lub ca³ych organów. Dlatego jednym z celów medycyny regeneracyjnej jest
poszukiwanie sposobów syntetyzowania nowych tkanek cz³owieka poza organizmem – ex vivo. Badania takie rozpoczêto od próby syntezy skóry, tak bardzo potrzebnej do leczenia oparzeñ, czy wrzodów powsta³ych wskutek zaka¿enia bakteriami, uszkodzonych i ulegaj¹cych martwicy tkanek, czêsto wystêpuj¹cych u diabetyków. Skóra jest tkank¹ bardzo z³o¿on¹. Sk³ada siê z komórek ró¿nych typów, buduj¹cych skórê w³aœciw¹ (dermis) oraz naskórek (epidermis). Ponadto jest trudna do
transplantacji, poniewa¿ ma w³asny uk³ad odpornoœciowy. Badania nad jej pozyskaniem poza organizmem rozpoczêto od namna¿ania w hodowli ludzkich fibroblastów, które przenoszono nastêpnie na pod³o¿e sztuczne (z³o¿one np. z polimerów
kwasu mlekowego) lub naturalne (np. ¿ele kolagenowe) zawieraj¹ce dodatkowo
cz¹steczki stymuluj¹ce wzrost i namna¿anie siê komórek, po czym hodowano
w bioreaktorze. Hodowlê tak¹ prowadzono przez kilka tygodni a¿ do uzyskania
34
PRACE PRZEGL¥DOWE
tkanki przypominaj¹cej wewnêtrzn¹ warstwê skóry (dermis), któr¹ nastêpnie zamra¿ano i stosowano jako opatrunki w leczeniu uszkodzeñ skóry. Zamra¿anie takiego
produktu znacznie u³atwia³o jego dalsz¹ obróbkê.
Drugi z produktów skórnych jaki uda³o siê otrzymaæ zawiera³ nie tylko komórki
skóry w³aœciwej, ale tak¿e naskórka. W tym przypadku skórne fibroblasty zanurzono
w kolagenowym ¿elu, wzbogaconym w czynniki wspomagaj¹ce wzrost komórek,
który pokryto warstw¹ komórek naskórka – keratynocytów. Produkt taki implantowany w uszkodzone miejsce w skórze znacznie przyspiesza³ gojenie siê rany i stopniowo by³ zastêpowany przez zregenerowan¹ skórê chorego. W procesie tym bior¹
udzia³ czynniki wytwarzane przez zawarte w nim komórki skóry. Ponadto chroni on
uszkodzone miejsce przed infekcj¹.
Fibroblasty, keratenocyty, jak równie¿ fragmenty tkanek pobiera siê do hodowli
w warunkach sterylnych oraz przeprowadza siê ich badania w celu wykluczenia
tych, które zainfekowane s¹ czynnikami chorobotwórczymi. Nie mog¹ byæ one tak¿e toksyczne dla organizmu i wywo³ywaæ odpowiedzi uk³adu odpornoœciowego
(18).
W efekcie próby uzyskania skóry ludzkiej poza organizmem zakoñczy³y siê zsyntetyzowaniem w roku 1997 pó³syntetycznej skóry – TransCyte, stosowanej do leczenia oparzeñ, oraz Dermagraftu, wykorzystywanych w próbach klinicznych do leczenia wrzodów skóry u diabetyków. TransCyte stanowi polimerow¹ b³onê, na której
hodowane s¹ ludzkie fibroblasty. Dermagraft, podobnie jak TransCyte, otrzymano
z fibroblastów pochodz¹cych z ludzkiej skóry, które hodowano na odpowiednim
rusztowaniu, utworzonym z porowatego materia³u bioabsorbuj¹cego. Z kolei z komórek ludzkiej skóry oraz komórek nab³onkowych napletka utworzono sztuczn¹
skórê, tzw. Apligraf, który zawiera komórki skóry w³aœciwej i naskórka, natomiast
brak w nim komórek uk³adu odpornoœciowego. Dlatego w trakcie leczenia nie wystêpuj¹ problemy z odrzuceniem przeszczepu (7,19,20). Stworzono tak¿e po³syntetyczn¹ skórê o nazwie INTEGRA, gdzie jako pod³o¿e do hodowli komórek skóry wykorzystano ¿el kolagenowy zawieraj¹cy siarczan chondroityny. Ponadto taki produkt jest dodatkowo pokryty polimerow¹ b³on¹ zapobiegaj¹c¹ jego wysychaniu
w trakcie leczenia (21). W dalszych badaniach nad hodowl¹ ludzkich komórek i tkanek poza organizmem doprowadzono do stworzenia syntetycznej tkanki, o nazwie
Corticel. Zawiera ona ludzkie chondrocyty, pobrane ze z³amanych koœci, które hoduje siê na odpowiednim polimerowym pod³o¿u. Corticel planuje siê wykorzystaæ
do leczenia pêcherza moczowego, we wrodzonych defektach pêcherza u dzieci
i w chorobach nietrzymania moczu u doros³ych. Podobnym produktem jak Corticel
jest Chondrogel, który stanowi mieszaninê autologicznych chondrocytów hodowanych na hydro¿elowym pod³o¿u. Preparaty te znajduj¹ siê obecnie w II lub III fazie
badañ klinicznych (7), a próby ich produkcji podjêto w licznych firmach biotechnologicznych na œwiecie (tab. 2).
35
Tabela 2
Preparaty produkowane przez firmy biotechnologiczne na potrzeby medycyny regeneracyjnej
Nazwa firmy biotechnologicznej
Regenerowana tkanka / organ
Produkt / nazwa produktu
tkanki i organy cz³owieka
Advanced Tissue Sciences (La Jolla, CA)
skóra
TransCyte, Dermagraft
Organogenesis (Canton, MA)
skóra
Apligraf
LifeCell (Branchburg, NJ)
skóra
Alloderm
GenzymeBioSurgery (Cambridge, MA)
chrz¹stka
Corticel
Curis (Cambridge)
chrz¹stka
Chondrogel (III faza badañ)
Human Genome Sciences (Rockville, MD)
uk³ad krwionoœny i immunologiczny
Repiferm (II faza badañ)
The Genetics Institute (Cambridge, MA)
regeneracja koœci
rhBMP-2 (I faza badañ)
Curis (Cambridge, MA)
regeneracja koœci
OP-1
czynniki wzrostu
komórki macierzyste
– badania przedkliniczne
Geron (Menio Park, CA)
ró¿ne tkanki
–
Layton Bioscience (Sunnyvale, CA)
komórki nerwowe
–
Aegera Therapeutics (Montreal, PQ, Kanada)
skóra
komórki macierzyste skóry
Ixion Biotechnologies (Alachua, FL)
trzustka
komórki macierzyste wysp trzustki
MorphoGen Pharmaceutical (SanDiego, CA)
ró¿ne tkanki
komórki pluripotencjalne („wielopotencjalne”)
Cell Based Delivery (Providence, RI)
serce
komórki do regeneracji miêœnia sercowego
ksenotransplantacje
PPL Therapeutics (Edinburgh, UK
oraz Blacksburg, VA)
–
komórki i tkanki transgenicznych œwiñ
Biotransplant (Charlestown, MA)
–
komórki i tkanki œwiñ transgenicznych wolne od wirusów RERV
macierze i biomateria³y
do hodowli
Advanced Materials Design (New York)
miêœnie i koœci
polimery do hodowli miêœni i koœci
Interpore International (Irvine, CA)
koœci
ProOsteon – szkielety korali do hodowli koœci
Protein Polymer Technologies (SanDiego, CA)
–
rekombinowane polimery, hydro¿ele
Selective Genetics (SanDiego, CA)
–
macierze do przenoszenia DNA i innych zastosowañ
Jako pod³o¿e do hodowli komórek i tkanek cz³owieka najczêœciej stosuje siê
poza wspomnianymi ¿elami kolagenowymi i hydro¿elami zbudowanymi z cyklicznych dimerów kwasu mlekowego (polilaktyd):
36
PRACE PRZEGL¥DOWE
– polimery kwasu glikolowego (poliglid);
– polimery kwasu alginowego (algininian)
oraz ró¿ne kopolimery;
– np. polietylenoglikol-poliekaprolakton-polietylenoglikol (PEG-PCL-PEG) (22-26).
Dodatkowym sk³adnikiem pod³o¿y s¹ bia³ka i czynniki wzrostu pochodz¹ce
z macierzy zewn¹trzkomórkowej tkanki ³¹cznej, krwionoœnej, nab³onka jelit (27-33).
Doskona³ym pod³o¿em do wzrostu komórek skóry jest chitozan – polikationowy biopolimer, otrzymany w wyniku N-deacylacji chityny. Chityna jako homopolimer jest zbudowana z N-acetyl-D-glukozoaminowych cz¹steczek po³¹czonych wi¹zaniami beta 1-4 glikozoaminowymi (31). Chitozan ulega biodegradacji i jest nietoksyczny dla cz³owieka i zwierz¹t.
Trójwymiarowe pod³o¿a porowate stosowane w hodowli tkankowej stanowi¹
nie tylko rusztowanie do wzrostu komórek, ale równie¿ zapewniaj¹ im dostêp czynników do tego niezbêdnych. Ponadto umo¿liwiaj¹ ró¿nicowanie siê komórek i ich
organizowanie siê w tkanki, sprzyjaj¹ rozwojowi naczyñ krwionoœnych i nie wywo³uj¹ reakcji immunologicznej.
Ostatnio do regeneracji z³amañ koœci próbuje siê tak¿e wykorzystaæ szkielety
korali lub g¹bek, wszczepianych w miejsce z³amania wraz z komórkami zrêbowymi
chorego, które wydzielaj¹ czynniki stymuluj¹ce proliferacjê i ró¿nicowanie siê komórek kostnych, przyspieszaj¹c regeneracjê koœci. Koralowe protezy s¹ po kilku tygodniach wch³aniane przez organizm cz³owieka i zastêpowane w³aœciwymi komórkami buduj¹cymi koœci. Trójwymiarowe pod³o¿a utworzone ze szkieletów g¹bek
czy w³ókien kolagenowych wykorzystano równie¿ jako „pu³apki” dla wektorów (plazmidowych lub wirusowych) zawieraj¹cych gen terapeutyczny – GAM (ang. gene activated matrix), oraz leków i bia³ek, wstrzykiwanych w miejsce, które ma byæ zregenerowane (34-37). Do przenoszenia leków oraz cz¹steczek DNA do komórek ssaków
wykorzystuje siê tak¿e ich mikrokapsu³kowanie chitozanem. Wydajnoœæ przenoszenia jest jednak bardzo niska i zale¿y od typu komórki (38). Z ró¿nymi sposobami
przenoszenia leków i genów terapeutycznych do komórek mo¿na zapoznaæ siê
w oddzielnym opracowaniu (3).
2.3. Pozyskiwanie komórek i tkanek do przeszczepów
Jeden z wa¿kich problemów w medycynie regeneracyjnej polega na pozyskaniu
do przeszczepu odpowiednich komórek czy tkanek. ród³em takich implantów s¹
komórki i tkanki w³asne biorcy (autologiczne) (39-41) lub pobrane od dawcy wykazuj¹cego zgodnoœæ antygenów tkankowych z biorc¹ (przeszczepy allogeniczne) (42-44).
Du¿e nadzieje, z uwagi na trudnoœci z pozyskaniem w³aœciwego przeszczepu, wi¹¿e
siê z ksenotransplantacjami, czyli przeszczepianiem choremu cz³owiekowi komórek, tkanek i organów zwierzêcych. Tkanki zwierzêce do przeszczepu po raz pierwszy wykorzystano w XVII w., kiedy ubytek koœci w czaszce cz³owieka zast¹piono
37
fragmentem koœci psa. Nastêpnie próbowano cz³owiekowi przeszczepiæ tak¿e skórê
¿aby, nerki i serce szympansów, w¹trobê oraz komórki odpornoœciowe pawiana czy
neurony œwini. Zabiegi te nie powiod³y siê w wyniku reakcji odrzucenia przeszczepu oraz infekcji. Najd³u¿ej w ciele cz³owieka utrzymywa³y siê przeszczepione neurony pobrane od œwini (do 7 miesiêcy), natomiast œwiñskie serce i nerki przeszczepione ma³pom – odpowiednio 35 i 78 dni (45-49). Z tego te¿ wzglêdu dla ksenotransplantacji wa¿ne znaczenie mog¹ mieæ zwierzêta transgeniczne.
Ostatnio du¿o uwagi poœwiêca siê genetycznie modyfikowanym œwiniom, których
komórki pozbawione s¹ na powierzchni alfa 1,3 galaktozylo-galaktozy (6,50). Komórki takie uk³ad odpornoœciowy cz³owieka traktuje jako w³asne. Odrzucaniu przeszczepów mo¿e tak¿e zapobiec zidentyfikowanie na komórkach œwiñ innych specyficznych antygenów, rozpoznawanych przez ludzkie przeciwcia³a. Ich poznanie pozwoli
na wprowadzenie do genomu œwini genów, które u œwini zast¹pione bêd¹ ludzkim
antygenem lub na ich wyeliminowaniu, wprowadzaj¹c np. niszcz¹ce je enzymy. Jednym ze sposobów zapobiegania odrzutom jest okrywanie przeszczepianych komórek lub tkanek syntetyczn¹ b³on¹, pó³przepuszczaln¹, przez któr¹ mog¹ przedostawaæ siê do organizmu substancje przez nie produkowane w celu terapeutycznym, natomiast jest ona nieprzepuszczalna dla komórek uk³adu odpornoœciowego biorcy.
W ten sposób komórki w¹trobowe cz³owieka (Hep G2), jak równie¿ œledziony, dostarczaj¹ce w³aœciwych enzymów, otoczono polimerem alginino-poliL-lizyny (ALP)
przed ich wprowadzeniem do organizmu (51). Z kolei, do leczenia glejaka próbuje
siê wykorzystaæ endostatynê. Jest ona produkowana przez komórki zarodkowe nerki
cz³owieka, które otoczone ¿elem algininowym usieciowanym jonami wapnia wstrzykniêto do guza mózgu u szczura i wykazano znaczny spadek jego masy oraz regresjê
nowotworu (52). Komórki jajnika chomika (CHO, ang. chamster ovary cell), wydzielaj¹ce apolipoproteinê E (apoE3), otoczone polimerem algininy z polilizyn¹ lub polietylenoimin¹, zamierza siê zastosowaæ do leczenia mia¿d¿ycy u ludzi (53). Polimery
te s¹ równie¿ wykorzystywane do mikrokapsu³kowania komórek zwierzêcych wytwarzaj¹cych insulinê, w celu leczenia cukrzycy u ludzi (54,55). Innym ze sposobów
zapobiegania odrzucaniu ksenotransplantów jest tworzenie chimerycznego uk³adu
odpornoœciowego. Polega to na wprowadzeniu do organizmu cz³owieka komórek
szpiku kostnego pobranego od zwierz¹t, odpowiednio przygotowanego. Ze szpiku
usuwa siê przede wszystkim limfocyty T, krwinki czerwone oraz osocze. Dodatkowym problemem przy ksenotransplantacjach s¹ endogenne wirusy, które w organizmach zwierzêcych nie wywo³uj¹ infekcji, natomiast po przeszczepie z ksenotransplantem mog¹ byæ przyczyn¹ silnego zaka¿enia u biorcy (56-58).
W tym przypadku istotne znaczenie ma produkowanie zwierz¹t transgenicznych
wolnych od patogenów. Wa¿na jest tak¿e odpowiednia diagnostyka, pozwalaj¹ca na
szybk¹ identyfikacjê patogenów u zwierz¹t i wyeliminowanie z ksenotransplantacji
tych, które s¹ ich nosicielami.
Wiele emocji towarzyszy perspektywie zastosowania w medycynie regeneracyjnej komórek macierzystych (59).
38
PRACE PRZEGL¥DOWE
3. Komórki macierzyste
Komórki macierzyste s¹ to totipotencjalne komórki, zdolne do podzia³ów, samoodtwarzania i ró¿nicowania siê w komórki ró¿nych tkanek organizmu. Wyró¿nia siê
dwa ich rodzaje:
– zarodkowe, pierwotne komórki macierzyste – wystêpuj¹ce na etapie ¿ycia
p³odowego;
– komórki macierzyste tkanek – obecne w tkankach doros³ego organizmu cz³owieka (m.in. w szpiku, jelitach, naskórku, tkance nerwowej, krwi, siatkówce oka)
oraz we krwi pêpowinowej.
Najmniej ukierunkowane s¹, a przez to maj¹ najwiêcej mo¿liwoœci ró¿nicowania,
zarodkowe komórki macierzyste. W póŸniejszym okresie ¿ycia komórki macierzyste
wystêpuj¹ g³ównie w tych tkankach, w których istnieje potrzeba ci¹g³ego wytwarzania nowych komórek i regeneracji tkanek.
3.1. Zarodkowe komórki macierzyste
Zarodkowe komórki macierzyste – komórki ES (ang. embryonic stem cells) mo¿na
uzyskaæ z wewnêtrznej masy komórek ICM (ang. inner cell mass) blastocysty podczas
gastrulacji. Po wyizolowaniu ICM od reszty blastocysty mo¿na j¹ utrzymywaæ w odpowiednich po¿ywkach w niezró¿nicowanym stanie. Linie ludzkich komórek ES mo¿na otrzymaæ poprzez selekcjê i namno¿enie indywidualnych kolonii ICM o jednorodnej i niezró¿nicowanej morfologii. Komórki ES pozostaj¹ diploidalne oraz zachowuj¹ swój zarodkowy i proliferacyjny charakter w czasie wielu podzia³ów komórkowych w hodowli. Maj¹ one praktycznie nieograniczone zdolnoœci do samoodnowy
i ró¿nicowania, bêd¹c prekursorami wszystkich linii komórkowych doros³ego organizmu.
Zarodki potrzebne do wyhodowania komórek ES mo¿na pozyskaæ dwiema drogami: w wyniku zap³odnienia komórki jajowej plemnikiem poza organizmem –
in vitro, lub metod¹ klonowania somatycznego. Klonowanie somatyczne wykonuje
siê technik¹ transplantacji j¹der komórkowych. W tym przypadku do komórki jajowej, pozbawionej j¹dra komórkowego, wprowadza siê j¹dro z komórki somatycznej. Otrzymane obu sposobami zarodki hoduje siê wstêpnie na odpowiednich po¿ywkach do stadium blastocysty, z której mo¿na nastêpnie izolowaæ wewnêtrzn¹
masê komórek (ICM) do celów terapeutycznych (klonowanie terapeutyczne). Zarodki wyhodowane do stadium blastocysty w przypadku klonowania reprodukcyjnego
wprowadza siê do macicy odpowiedniej matki biorczyni w celu ich dalszego rozwoju prenatalnego. Transfer j¹drowy umo¿liwia teoretycznie otrzymanie autologicznego Ÿród³a w³asnych komórek ES o pe³nej zgodnoœci immunologicznej, idealnych do
terapii regeneracyjnej. We wstêpnych badaniach wykazano, ¿e izolowane z blastocyst komórki macierzyste hodowane in vitro maj¹ takie same antygeny uk³adu zgod-
39
noœci tkankowej jak komórki osobnika, od którego pochodzi³y j¹dra komórkowe.
Stwarza to realn¹ szansê ich wykorzystania w przysz³oœci do celów terapeutycznych. Wydajnoœæ tego typu klonowania jest jednak bardzo niska, a koszty ca³ej procedury bardzo wysokie. Na przyk³ad przy wykorzystaniu ok. 200 oocytów rozwija
siê najwy¿ej 30 blastocyst. Trudnoœci wynikaj¹ równie¿ ze sposobu pozyskiwania
samych oocytów. Kobiety, dawczynie oocytów, poddawane s¹ silnej stymulacji hormonalnej, która mo¿e byæ przyczyn¹ wielu schorzeñ w¹troby, udaru mózgu, a nawet nowotworów. Do koñca nie wiadomo tak¿e jakie komórki s¹ optymalne do pobierania j¹der komórkowych do transplantacji. Dodatkowym czynnikiem jest s³abo
poznane piêtno genomowe, warunkuj¹ce prawid³owe ró¿nicowanie siê komórek
i rozwój zarodka. Dlatego pod znakiem zapytania stoi jakoœæ otrzymywanych w ten
sposób komórek macierzystych. Ponadto klonowanie zarodków ludzkich budzi wiele w¹tpliwoœci i problemów natury etycznej (2,59).
3.2. Komórki macierzyste tkanek
W odró¿nieniu od komórek zarodkowych, stosowanie komórek macierzystych
uzyskiwanych od doros³ego cz³owieka w celach terapeutycznych spotyka siê z powszechn¹ akceptacj¹. Wiêkszoœæ tkanek, jak wspomniano, zawiera niewielk¹ liczbê
niezró¿nicowanych komórek macierzystych, funkcjonuj¹cych jako komórki rodzicielskie dla bardziej wyspecjalizowanych komórek danej tkanki. Najlepiej poznane
s¹ komórki macierzyste szpiku kostnego. Przeszczepianie szpiku jest szeroko stosowanym leczeniem w wielu schorzeniach uk³adu krwiotwórczego. Do niedawna s¹dzono, ¿e ró¿nicowanie siê komórek jest procesem nieodwracalnym. W ostatniej
serii odkryæ podwa¿a siê jednak ten pogl¹d, wykazuj¹c, ¿e niektóre populacje komórek mog¹ siê ró¿nicowaæ w komórki swoiste dla innych tkanek. Tak na przyk³ad
z komórek szpiku kostnego uda³o siê otrzymaæ tak ró¿norodne komórki, jak: neurony, hepatocyty, komórki miêœnia sercowego czy miêœni szkieletowych (60).
Chocia¿ wiêkszoœæ badañ prowadzi siê obecnie nad komórkami macierzystymi
szpiku kostnego (g³ównie krwiotwórczymi i mezenchymalnymi), du¿ym zainteresowaniem ciesz¹ siê równie¿ komórki macierzyste innych tkanek (m.in. miêœni szkieletowych, tkanki nerwowej oraz uzyskane z krwi pêpowinowej). Spoœród komórek macierzystych tkanek najbardziej pierwotne s¹ komórki macierzyste krwi pêpowinowej. Do ich zalet nale¿y te¿ niskie ryzyko zanieczyszczenia patogenami i wyst¹pienia
reakcji immunologicznej oraz mo¿liwoœæ pobrania bez ryzyka dla dawcy. Z tego
wzglêdu próbuje siê leczyæ nimi bia³aczki oraz niektóre inne choroby nowotworowe,
a tak¿e anemiê aplastyczn¹ i sierpowat¹ oraz ciê¿kie niedobory odpornoœci. G³ówn¹
wad¹ krwi pêpowinowej jest stosunkowo niska liczba otrzymywanych z niej komórek macierzystych, co utrudnia ich zastosowanie w leczeniu (60-63).
40
PRACE PRZEGL¥DOWE
3.3. Wykorzystanie komórek macierzystych w terapii chorób cz³owieka
Mimo ¿e nasza wiedza dotycz¹ca rozwoju i ró¿nicowania siê komórek macierzystych jest niewystarczaj¹ca, w wielu klinikach na ca³ym œwiecie, w tym tak¿e w Polsce, przeprowadza siê ju¿ zabiegi, które maj¹ na celu regeneracjê miêœnia sercowego z udzia³em tych komórek (64). Nie ma jednej procedury, ani nawet jednego
okreœlonego typu komórek stosowanych ogólnie; nikt nie potrafi te¿ do koñca
wyjaœniæ, na czym polega ich terapeutyczne dzia³anie.
Komórki miêœnia sercowego nie dziel¹ siê, dlatego obumar³e w wyniku zawa³u
lub choroby wieñcowej serca nie s¹ zastêpowane nowymi i tworz¹ tkankê nekrotyczn¹. Obecnie stosowane s¹ dwie g³ówne metody terapii komórkowej serca: bezpoœrednie wstrzykiwanie komórek macierzystych do serca oraz podawanie leków
powoduj¹cych namna¿anie siê komórek macierzystych w szpiku i ich przekazywanie do krwiobiegu chorego (m.in. G-CSF, stosowany równie¿ w Polsce) (65,66).
W innej proponowanej terapii komórkowej pacjentom próbuje siê wszczepiæ do
uszkodzonego miêœnia sercowego niedojrza³e komórki jego w³asnych miêœni szkieletowych. W przeciwieñstwie do miêœnia sercowego, miêœnie szkieletowe maj¹ zdolnoœæ odnowy po uszkodzeniu, poniewa¿ posiadaj¹ komórki prekursorowe – mioblasty. Terapia komórkowa z u¿yciem mioblastów by³a poprzedzona kilkunastoletnimi badaniami nad zwierzêtami i zapowiada³a siê obiecuj¹co. Po zastosowaniu tej
terapii u ludzi nastêpowa³a poprawa kondycji miêœnia sercowego. W kilku przypadkach stwierdzono jednak, ¿e we wczesnym okresie pooperacyjnym wyst¹pi³a arytmia serca. Istniej¹ przypuszczenia, ¿e komórki pochodz¹ce z miêœnia szkieletowego
mog¹ mieæ inny rytm kurczenia siê w stosunku do komórek serca (64,66-68).
Ze wzglêdów etycznych, w leczeniu pozawa³owym nie stosuje siê ludzkich zarodkowych i p³odowych komórek macierzystych, jakkolwiek w modelach zwierzêcych daj¹ one obiecuj¹ce wyniki. Wobec dostêpnoœci ró¿nych komórek ksenogenicznych oraz mniejszych zagadnieñ natury etycznej towarzysz¹cych ich zastosowaniu, alternatywnym podejœciem w regeneracji miêœnia sercowego mo¿e byæ ksenotransplantacja komórkowa. W tym przypadku g³ówn¹ przeszkod¹ jest jednak odpowiedŸ uk³adu odpornoœciowego przeciw przeszczepowi, i aby temu zapobiec koniecznoœæ zastosowania immunosupresji (61).
Zastosowanie komórek macierzystych nie ogranicza siê do leczenia pozawa³owego. Komórki te maj¹ bowiem potencjalnie zdolnoœæ regeneracji wszelkich tkanek i narz¹dów. Terapiê komórkow¹ próbuje siê zastosowaæ pomocniczo w leczeniu nowotworów (np. choroby Hodgkina) lub nawet jako podstawê leczenia przeciwnowotworowego (np. w z³oœliwym raku nerki) (69,70). Mezenchymalne komórki
macierzyste mog¹ byæ wszczepiane lokalnie, w celu wspomagania zrostu z³amanej
koœci, w leczeniu osteoporozy oraz w przeszczepach koœci (60,71). Z kolei kompleksowa terapia genowo-komórkowa, z u¿yciem czynników neurotroficznych, jest jedn¹ ze strategii stosowanych w celu regeneracji uszkodzeñ rdzenia krêgowego oraz
mózgu w licznych schorzeniach neurodegeneracyjnych (np. choroba Parkinsona,
41
Alzheimera, stwardnienie rozsiane) (71). Prowadzone s¹ tak¿e intensywne badania
nad sposobem regeneracji wysp trzustkowych uszkodzonych u chorych z cukrzyc¹
(72).
Komórki macierzyste maj¹ niew¹tpliwie ogromny potencja³ terapeutyczny i bêd¹
odgrywaæ znacz¹c¹ rolê w medycynie przysz³oœci. Zanim jednak bêdziemy mogli
w pe³ni korzystaæ z ich mo¿liwoœci, nale¿y wykonaæ jeszcze wiele podstawowych
badañ.
4. Biotechnologia w medycynie reprodukcyjnej
Rozwój biologii molekularnej, genetyki oraz technik zap³odnienia in vitro stworzy³ tak¿e mo¿liwoœci otrzymywania nowych organizmów na drodze klonowania.
W wielu badaniach wskazuje siê jednak, ¿e klonowane zarodki ssacze mog¹ byæ
obarczone licznymi wadami. Wady te mo¿na wykryæ stosuj¹c przedimplantacyjn¹
diagnostykê genetyczn¹ PGD (ang. preimplantation genetic diagnosis) klonowanych zarodków. Dziêki tej metodzie mo¿liwe jest sprawdzenie, czy w zarodku nie wystêpuj¹
wady genetyczne, jeszcze przed wprowadzeniem go do macicy przysz³ej matki (75).
Szczególnie wa¿ne jest to w klonowaniu reprodukcyjnym dla par obarczonych wrodzonymi anomaliami chromosomowymi i chorobami genetycznymi (76). PGD mo¿e
te¿ okazaæ siê pomocna dla starszych kobiet planuj¹cych macierzyñstwo, u których
znacznie zwiêkszone jest ryzyko wyst¹pienia w oocytach aneuploidii chromosomowej (76). W ostatnio przeprowadzonych badaniach wskazuje siê, ¿e metoda ta pozwala tak¿e na wykrycie dziedzicznych predyspozycji do zapadania na nowotwory,
na przyk³ad zwi¹zanych z mutacj¹ genu supresora nowotworów – p53 (76).
Pe³en cykl PGD obejmuje kilka etapów. Pierwszym jest wywiad genetyka klinicznego z przysz³ymi rodzicami i przeprowadzenie odpowiednich badañ ich DNA, wyizolowanego z komórek krwi obwodowej. Badanie to umo¿liwia ustalenie stopnia ryzyka obci¹¿enia schorzeniem genetycznym przysz³ego potomstwa badanej pary. Kolejnym krokiem jest pobór oocytów od kobiety poddanej hiperstymulacji hormonalnej i ich zap³odnienie poza ustrojem. Aktualnie stosowane s¹ dwie techniki wspomaganego rozrodu. Pierwsza z nich zwana IVF (ang. in vitro fertilization) polega na
zap³odnieniu komórki jajowej plemnikiem w warunkach in vitro, odpowiadaj¹cych
œrodowisku naturalnemu. Druga z metod ICSI (ang. intracytoplasmic sperm injection) to
bezpoœrednie wprowadzenie plemnika do cytoplazmy komórki jajowej. W metodzie
tej pominiête zostaj¹ procesy zwi¹zane z zap³odnieniem takie jak kapacytacja, reakcja akrosomalna, czy reakcja os³onki przejrzystej. W obu przypadkach trzeciego dnia
po zap³odnieniu, kiedy zarodki osi¹gaj¹ wielkoœæ 8-12 komórek, pobiera siê z nich,
metod¹ mikromanipulacji, jedn¹ lub dwie komórki, w celu wykonania analiz genetycznych. Zarodki tymczasem dalej rozwijaj¹ siê w inkubatorze. Pobranie jednej lub
dwóch komórek zarodka na tym etapie rozwoju nie ma wp³ywu na jego ¿ywotnoœæ,
tempo podzia³ów, czy rozwój do stadium blastocysty (74). Po wykonaniu testów ge-
42
PRACE PRZEGL¥DOWE
netycznych wybierane s¹ te z zarodków, które nie maj¹ wad genetycznych i wprowadza siê je do macicy przysz³ej matki, maksymalnie po dwa z nich.
Obecnie PGD jest oferowana w ponad 20. krajach. Dziêki niej wykrywa siê znaczn¹
liczbê defektów pojedynczych genów oraz aberracje chromosomowe (tab. 3). Mo¿liwe
jest tak¿e zbadanie p³ci zarodka, jeœli istnieje ryzyko choroby zwi¹zanej z p³ci¹ (2). Dotychczas urodzi³o siê ponad 1000 zdrowych dzieci po zabiegach PGD, co poœrednio
potwierdza skutecznoœæ i bezpieczeñstwo stosowanych procedur (77).
Tabela 3
Niektóre choroby dziedziczne wykrywane w preimplantacyjnej diagnostyce genetycznej PGD (2)
Choroba dziedziczna
Nieprawid³owy gen
Mutacja
Metody detekcji
Autosomalna recesywna
mukowiscydoza
transb³onowy regulator mu- delecja 3 nt DF508 w ekso- analiza heterodupleksów
kowiscydozy (CFTR)
nie 10 genu CFTR
choroba Tay-Sachsa
heksoaminidaza A
zespó³ Lesch-Nyhana
fosforybozylotransferaza hi- punktowa mutacja w ekso- trawienie restrykcyjne
poksantyny (HPRT)
nie 3
b-talasemia
b-globina
insercja 4 nt w eksonie 11
trawienie restrykcyjne; analiza heterodupleksów
ró¿ne
polimorfizm konformacji
pojedynczej nici (SSCP);
punktowa mutacja w ekso- allelospecyficzna hybrydyzacja oligonukleotydów
nie 5
rdzeniowy zanik miêœni kilka prawdopodobnych ge- delecja eksonów 7 i 8-telo- trawienie restrykcyjne
merowej kopii SMN
(SMN, ang. spinal muscu- nów
lar atrophy)
Autosomalna dominuj¹ca
syndrom Marfana
fibrilina (FBN1)
nie wykryto mutacji
dystrofia miotoniczna
kinaza bia³kowa miotoniny
powtórzenia CTG i powi¹za- elektroforeza w ¿elu i trawieny polimorfizm
nie restrykcyjne
pl¹sawica Huntigtona
huntingtina
powtórzenia tripletowe
fluorescencyjny PCR i analiza automatyczna
insercja T w eksonie 15B
i powi¹zany polimorfizm
amplifikacja ca³ego genomu
poprzez PEP, nastêpnie SSCP
delecja eksonów 3-18
detekcja produktów eksonu
17
powtórzenia CGG
zmodyfikowany nested PCR
i denaturuj¹cy ¿el sekwencyjny
rodzinna polipowatoœæ gru- APC
czolakowata jelita grubego
RT-PCR
Zwi¹zana z chromosomem X recesywna
dystrofia miêœniowa Duchen- dystrofina
ne’a
Zwi¹zana z chromosomem X dominuj¹ca
zespó³ kruchego chromoso- FMR1
mu X
43
W badaniach korzysta siê z metod biologii molekularnej, genetyki i biotechnologii. Umo¿liwia to analizê kariotypów, identyfikowanie w nich zmian zarówno w liczbie jak i strukturze chromosomów. Najczêœciej stosowan¹ technik¹ jest porównawcza hybrydyzacja genomowa CGH (ang. comparative genomic hybrydisation). W metodzie tej testowany DNA oraz DNA zdrowej komórki znakuje s¹ ró¿nymi fluorochromami, (np. czerwonym i zielonym), i hybrydyzuje z DNA chromosomów metafazowych z komórki prawid³owej. Analiza powsta³ych hybrydów pozwala na ocenê
zmian w ca³ym zestawie chromosomów równoczeœnie (74,78).
W celu zbadania p³ci oraz wad chromosomowych w PGD stosowana jest równie¿
metoda fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ-FISH (ang. fluorescence in situ hybridisation), z u¿yciem sond molekularnych znakowanych fluorochromami, specyficznych
dla okreœlonych chromosomów lub sekwencji DNA na danym chromosomie (73). Do
badania mutacji w pojedynczych genach, odpowiadaj¹cych za powstawanie dziedzicznych chorób genetycznych, u¿ywana jest metoda ³añcuchowej reakcji polimerazy PCR (ang. polymerase chain reaction) wraz z analiz¹ heterodupleksów oraz SSCP
(ang. single-strand conformation polymorphism) i RFLP (ang. restriction fragment length
polymorphism) (tab. 3).
Obecnie opisano prawie 600 chorób genetycznych (2).
W przypadku choroby zwi¹zanej z chromosomem matczynym X, efekt fenotypowy pojawia siê tylko u p³ci mêskiej (XY), natomiast zdrowe s¹ zarodki ¿eñskie,
maj¹ce jeden prawid³owy allel ojcowski i drugi obarczony wad¹ genetyczn¹ od matki (XX), jednak s¹ one nosicielami nieprawid³owego allelu. W takim przypadku do
macicy przenoszone s¹ tylko zarodki p³ci ¿eñskiej.
Poznano tak¿e wiele chorób zwi¹zanych z nieprawid³ow¹ struktur¹ genów zlokalizowanych na chromosomach autosomalnych.
Pierwszym takim defektem genowym, który uda³o siê z sukcesem wykryæ, by³a
trójnukleotydowa delecja DF508 w eksonie 10. genu koduj¹cego bia³ko kana³u chlorkowego komórek nab³onkowych – CFTR (ang. cystic fibrosis transmembrane regulator), bêd¹cego przyczyn¹ najczêstszej choroby autosomalnie recesywnej – mukowiscydozy (tab. 3). Metod¹ u¿yt¹ w tym przypadku by³a analiza heterodupleksów
(74).
Diagnostykê przedimplantacyjn¹ nale¿y odró¿niæ od konwencjonalnych badañ
prenatalnych, podczas których badania genetyczne wykonuje siê na komórkach p³odu pobranych wraz z p³ynem owodniowym podczas zabiegu amniocentezy dopiero
oko³o 15. tygodnia ci¹¿y lub z komórek pobranych z kosmków kosmówki CVS (ang.
chorionic villus sampling) oko³o 11. tygodnia (2). Uwa¿a siê, ¿e dziêki PGD wiele par
mo¿e unikn¹æ dylematów i cierpieñ wywo³anych trudn¹ decyzj¹ przerwania lub pozostawienia zaawansowanej ci¹¿y, gdzie u p³odu wykryto wadê genetyczn¹. Przedimplantacyjna diagnostyka genetyczna wzbudza jednak wiele w¹tpliwoœci etycznych. Chrzeœcijanie uwa¿aj¹, ¿e ¿ycie ludzkie rozpoczyna siê w chwili zap³odnienia,
st¹d niedopuszczalne jest odrzucanie zarodków, nawet tych z wykryt¹ wad¹ genetyczn¹. W wielu krajach europejskich sugeruje siê, ¿e technika ta mo¿e byæ u¿yta
44
PRACE PRZEGL¥DOWE
w celach eugenicznych. Prowadzi to do uchwalania restrykcyjnych aktów prawnych
i moratoriów na u¿ycie PGD (61,74).
Innymi czynnikami ograniczaj¹cymi rozwój PGD s¹ wysokie koszty przeprowadzenia zap³odnienia in vitro oraz stosunkowo niski wspó³czynnik ci¹¿ po transferze
prawid³owych zarodków do macicy (61). Wydaje siê jednak, ¿e rozwój przedimplantacyjnej diagnostyki genetycznej bêdzie postêpowa³ wraz z coraz wiêkszym jej upowszechnieniem oraz zwiêkszeniem liczby centrów, w których mo¿e byæ wykonywana, przez co ma szansê staæ siê alternatywnym podejœciem do diagnostyki prenatalnej (74,79).
5. Uwagi koñcowe
Postêp w rozwoju metod biotechnologii oraz in¿ynierii genetycznej, zabiegi genetyczne na oocytach, jak równie¿ mo¿liwoœci ich zap³odnienia pozaustrojowego
stworzy³y tak¿e podstawy do podjêcia prób nad klonowaniem komórek cz³owieka.
Badania takie ze wzglêdów etycznych budz¹ du¿y sprzeciw spo³eczny i wiele krajów
zabroni³o prawnie ich prowadzenia. Mimo to w kilku krajach próby takie, w celu pozyskania nie tylko ludzkich komórek macierzystych do celów terapeutycznych, ale
równie¿ w celach reprodukcyjnych, by³y podejmowane.
Dlatego wa¿nym zagadnieniem dla medycyny regeneracyjnej sta³o siê poznanie
czynników stymuluj¹cych komórki tkanek do samoodnowy oraz opóŸniaj¹ce proces
starzenia siê organizmu cz³owieka. Jednym ze sposobów, jakie w tym celu próbuje
siê wykorzystaæ, jest podawanie czynników, których produkcja zaczyna z wiekiem
zanikaæ. W tym celu stosuje siê ludzki hormon wzrostu, insulinopodobny czynnik
wzrostu, zastêpcz¹ terapiê hormonaln¹ dla kobiet, jak równie¿ podawanie testosteronu i jego pochodnych.
Mimo ogromnego postêpu biotechnologii w medycynie, wiele tkanek i narz¹dów cz³owieka nie da siê jednak usprawniæ z u¿yciem opisanych metod, tote¿ pomocne s¹ w tym przypadku sztuczne implanty. O ile jednak z du¿ym powodzeniem
stosuje siê sztuczne têtnice z poliestru czy endoprotezy z tytanu lub ceramiki, to
zast¹pienie implantami w¹troby b¹dŸ œledziony jest niemo¿liwe. W sytuacjach takich uszkodzone narz¹dy bêdzie mo¿na, zapewne, w przysz³oœci odbudowaæ, stosuj¹c podawanie komórek macierzystych. Niewykluczone, ¿e w podobny sposób zostanie podjêta regeneracja tak¿e innych narz¹dów i tkanek.
Literatura
1.
2.
3.
4.
Chmiel A., (2002), Biotechnologia, 4, (59), 56-78.
Illmensee K., (2002), Differentiation, 69, 167-173.
Szala S., (2003), Terapia genowa, PWN, Warszawa.
Stocum D. L., (2002), J. Musculoskelet. Neuronal Interact., 2(3), 270-273.
45
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
46
Petit-Zeman S., (2001), Nature Biotechnology, 3 (19), 201-206.
Fodor W. L., (2003), Reprod. Biol. Endocrinol., 13 (1), 102-113.
Mironov V., Visconti R. P., Markwald R. R., (2004), Expert Opin. Biol. Ther., 4(6), 73-81.
Czy¿ J., Wobus A. M., (2001), Differentiation, 68, 167-174.
Conconi M. T., Nico B., Mangieri D., Tommasini M., di Liddo R., Parnigotto P. P, Nussdoref G. G., Ribatti D., (2004), Anat. Rec. A. Discov. Mol. Cel. Evol. Biol., 281(2), 1303-1307.
Yamashita J., Itoh H., Hirashima M., Ogaw M., Nishikawa S., Yurugi T., Naito M., Nakao K., Nishikawa S., (2000), Nature, 2(408), 92-96.
Obrêpalska-Stêplowska A., Durzyñski £., GoŸdzicka-Józefiak A., (2005), Postêpy Biochemii, 1(51),
69-79.
Knematsu A., Yamamoto S., Ozeki M., Noguchi T., Kanatani I., Ogara T., Tabata Y., (2004), Biomaterials, 25 (18), 4513-4520.
Salgado A. J., Coutinho O. P., Reis R. L., (2004), Macromol. Biosci., 4 (8), 743-765.
Ripamonti U., Tasker J. R., (2000), Curr. Pharm. Biotechnol., (1), 47-55.
Lipinski D., Jura J., Kalak R., Plawski A., Kala M., Szalata M., Jarmus M., Korcz A., S³omska K., Jura J.,
Gronek P., Smorag Z., Pienkowski M., S³omski R., (2003), J. App. Genet., 44(2), 165-174.
Saito N., Takaoka K., (2003), Biomaterials, 24(13), 2287-2293.
Nardelli B., Morahan D. K., Bomg G. W., Semenuk M. A., Kreider B. L., Garotta G., (1999), J. Leukoc.
Biol., 65(6), 822-828.
Griffith L. G., Naughton G., (2002), Science, 295, 1009-1013.
Eaglstein W. H., Falanga V., (1998), Adv. Wound Care, 11, 1-8.
Bello Y. M., Falabella A. F., Eeaglstein W. H., (2001), Am. J. Clin. Dermatol., 2(5), 305-313.
Kremer M., Lang E., Berger A. C., (200), Br. J. Plast. Sur., 5396, 459-465.
Kim J. H., Bac Y. H., (2004), Eur. J. Pharm. Sci., 23(3), 245-251.
Hwang M. J., Suh J. M., Bac Y. H., Kim S. W., Jeony B., (2005), Biomacromolecules, 6(2), 885-890.
Najafi F., Sarbolouki M. N., (2003), Biomaterials, 24(7), 1175-1182.
Chu C. R., Coutts R. D., Yoshioka M., Harwood F. L., Monosow A. Z., Amiel D., (1995), J. Biomater.
Res., 29 (9), 1147-1154.
Takezawa T., Ozaki K., Nitani A., Takabayashi Ch., Shimo-Oka T., (2004), Cell Transplant, 13,
463-473.
Jeringan T. W., Croce M. A., Cagiannos C., Shell D. H., Handorf C. R., Fabian T. C., (2004), Ann.
Surg., 239(5), 733-738.
Compton C. C., Butler C. E., Yannas I. V., Warland G., Orgill D. P., (1998), J. Invest. Dermatol.,
110(6), 908-916.
Butler C. E., Yannas I. V., Compton C. A., Orgill D. P., (1999), Br. J. Plast. Surg., 52(2), 127-132.
McDevitt C. A., Wildey G. M., Cutrone R. M., (2003), J. Biomed. Mater. Res. A., 67(2), 637-640.
Berger J., Reist M., Mayer J. M., Felt O., Gurny R., (2004), Eur. J. Pharm. Biopharm., 57(1), 35-52.
Haque T., Chen H., Ouyang W., Martoni C., Lawuyi B., Urbanska A. M., Prakash S., (2005), Mol.
Pharm., 2(1), 29-36.
Varshosaz J., Sadrai H., Alingari R., (2004), J. Microencapsul., 21(7), 761-774.
Pratt A. B., Weber F. E., Schmoekel H. G., Muller R., Hubbell J. A., (2004), Biotechnol. Bioeng., 86(1),
27-36.
Tieliewuhan Y., Hirata I., Sasaki A., Minagi H., Okazaki M., (2004), Dent Mater J., 23(3), 258-264.
Gu D. L., Nguyen T., Gonzalez A. M., Printz M. A., Pierce G. F., Sosnowski B. A., Phillips M. L., Chandler L. A., (2004), Mol. Ther., 9(5), 699-711.
Backstrom K. C., Bertone A. L., Wisner E. R., Weisbrode S. E., (2004), Am. J. Vet. Res., 65(9),
1223-1232.
Daston T., Turank K., (2004), J. Pharm Sci., 7(2), 205-214.
Grande D. A., Pitman M. J., Peterson L., Menche D., Klein M., (1999), J. Orthop. Res., 7, 208-218.
King P. J., Bryant T., Minas T., (2002), J. Knee Sur., 15, 177-184.
Peterson L., Brittberg M., Kiviranta J., Akerlund E. L., Lindahl A., (2002), Am. J. Sports. Med., 30,
2-12.
PRACE PRZEGL¥DOWE
42. Pereti G. H., Caruso E. M., Randolph M. A., Zaleske D. J., (2001), J. Orthop. Res., 19, 278-285.
43. Briscoe D. M., Dharnidharka V. R., Isaacs C., Downing G., Prasky S., Shew P., Parentean N. L., Hardin
Young J., (1999), Transplantation, 67, 1590-1599.
44. Watanabe T., Kawano Y., Watanabe A., Tahane Y., (1999), Haematology, 7, 137-143.
45. Moscos I., Hermida-Prieto M., Manez R., Lopez-Pelaez E., Centeno A., Diaz T. M., Domenech N.,
(2005), Transplantation, 29(7), 777-782.
46. Platt I. J., (2000), Transpl. Int. Suppl., 1.S, 7-10.
47. Dai Y., Vaught T. D., Booke J., Chen S. H., Phelps C. J., Ball S., Monahan J. A., Jobst P. M., McCreath
K. J., Lambom A. E., Cowell-Lucero J. L., Wells K. D., Odman A., Polejaeva I. A., Agares D. L., (2002),
Nature Biotechnol., 20, 251-255.
48. Fodor W. L., Williams B. L., Matis L. A., Madri J. A., Rollins S. A., Knight J. W., Velander W., (1994),
Proc. Natl. Acad. Sci., 94, 11153-11157.
49. Lai L., Kolberg-Simonds D., Park K. W., Cheong H. T., Greenstein J. L., Im G. S., Samuel M., Bonk A.,
Murphy C. N., Carter D. B., Hawley R. J., Prather R. S., (2002), Science, 295, 1089-1092.
50. Yu L., Miao H., Guol L., (2005), DNA Cell Biol., 24 (3) 180-188.
51. Aoki T., Umekara Y., Ferraresso C., Sugiyama N., Middleton Y. A., Inderbritzin D., Demetrion A. A.,
Rozga J., (2002), Cell Transplant., 11(6), 553-561.
52. Bjerkvig R., Read T. A., Vajkoczy P., Aebiscer P., Pralony W., Pratt S., Melvik J. E., Hagen A., Dornish
H., (2002), Acta Neurochir. Suppl., 88, 131-141.
53. Tagalakis A. D., Diakonov J. A., Graham I. R., Heald K. A., Harris J. D., Mulcaty J. V., Dickson G.,
Owen J. S., (2005), Biochim. Biophys. Acta, 1686(3), 190-199.
54. Schaffellner S., Stadlbauer V., Stiegler P., Hauser D., Halwachs G., Lackner C., Iberer F., Tscheliessnigy K. H., (2005), Transplant. Proc., (3791), 248-252.
55. Or³owski T. M., Godlewska E., Tarchalska M., Kiniasiewicz J., Antosiak M., Sabbat M., (2005), Arch.
Immunol. Ther. Exp., 53(2), 180-184.
56. Levy M. F., Crippin J., Sutton S., Netto G., McCormack J., Curiel T., Goldstein R. M., Newman J., Diamond L. E., Byrne G., Logan J., Klintmalm G. B., (2000), Transplantation, 69, 272-280.
57. Switzer W. M., Steinhoff G., Kiessig V., Chikobava M., Anssar M., Morschheuser T, Lapin B., (1998),
Transpl. Int., 11, 247-251.
58. Martin V., Steinhoff G., Kiessig V., Chikobava M., Anssar M., Morschheuser T., Lapin B., (1998),
Transpl. Int., 11, 247-251.
59. Malcom R. A., Poulsom R., Forbes S., Wright N. A., (2002), J. Pathol., 197, 419-423.
60. Sylvester K. G., Longaker M. T., (2004), Arch. Surg., 139, 93-99.
61. Xia Y., Min J., Morgan J. P., (2004), Annals Thor. Surg., 77, 737-744.
62. Kyba M., Daley G. Q., (2003), Exp. Hematology, 31, 994-1006.
63. Orlic D., Kajstura J., Chimenti S., Jakoniuk I., Anderson S. M., Li B., Pickel J., McKay R., Nadal-Ginard
B., Bodine D. M., Leri A., Anversa P., (2001), Nature, 410, 701-701.
64. Siminiak T., Kurpisz M., (2003), Circulation, 108, 1167-1171.
65. Balsam L. B., Wagers A. J, Christensen J. L, Kofidis T., Weissman I. L, Robbins R. C., (2004), Nature,
428, 668-673.
66. Murry C. E., Soonpaa M. H., Reinecke H., Nakajima H., Nakajima H. O., Rubart M., Pasumarthi K. B.,
Virag J. I., Bartelmez S. H., Poppa V., Bradford G., Dowell J. D., Williams D. A., Field L. J., (2004), Nature, 428, 664-668.
67. Chien K. R., (2004), Nature, 428, 607-608.
68. Couzin J., Vogel G., (2004), Science, 304, 192-194.
69. Schmitz N., Sureda A., (2004), Semin. Oncol., 31, 27-32.
70. Fishman M. N., Antonia S. J., (2003), Expert Rev. Anticancer Ther., 3(6) 837-849.
71. Gamradt S. C., Lieberman J. R., (2003), Clin Orthop., 417, 183-194.
72. Hendriks W. T., Ruitenberg M. J., Blits B., Boer G. J., Verhagen J., (2004), Prog. Brain Res., 146,
451-476.
73. Soria B., (2001), Differentiation, 68, 205-219.
74. Brown K., (2001), Genomy, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.
47
75. Handyside A. H., Delhanty J. D., (1997), Trends Genet., 13(7), 270-275.
76. Kuliev A., Verlinsky Y., (2003), Curr. Opin. Obstet. Gynecol., 15(3), 233-238.
77. Rechitsky S., Verlinsky O., Chistokhina A., Sharapova T., Ozen S., Masciangelo C., Kuliev A., Verlinsky Y., (2002), Reprod. Biomed. Online, 5(2), 148-155.
78. Wells D., Sherlock J. K., Handyside A. H., Delhanty J. D. A., (1997), Nucleic Acids Res., 27(4),
1214-1218.
79. Kuliev A., Verlinsky Y., (2004), Reprod. Biomed. Online, 8(2), 229-235.
80. Kuliev A., Verlinsky Y., (2002), Reprod. Biomed. Online, 5(3), 294-299.
48
PRACE PRZEGL¥DOWE

Kinga Kamieniarz1, Robert Nawrot1, Katarzyna Grajek2, Anna

Transkrypt

Podobne dokumenty

W tym dniu w krwiobusie będzie mo¿na równie¿ zidentyfikować się

plakat kanal

Kiedy niesiesz przyjacielowi bary³kę mio- du w prezencie

UNIWERSALNY NAPĘD SILNIKOWY WNĘTRZOWY typu UEMC 40

Bal karnawa³owy