V současné době se mnoho vědeckých pracovišť po celém světě zabývá studiem biologie kmenových buněk a možnostmi jejich využití v humánní i veterinární medicíně. Naše laboratoř se problematice kmenových buněk věnuje systematicky od roku 2008. Pravidelně prezentujeme výsledky naší práce na odborných setkáních.

Kmenové buňky jsou primární nediferencované buňky, které mají schopnost se přeměnit v jakoukoliv specializovanou buňku v těle. Mají (ne)omezenou schopnost dělení, dle věku a biologických predispozic organismu. Dělí se mitotickým dělením, což znamená, že vzniká vždy jedna dceřiná buňka identická s mateřskou (tím je zajištěna stálá populace kmenových buněk) a druhá, která se dále může diferencovat a specializovat. Fyziologicky mají funkci zejména ve vývoji organismu, kde má charakter kmenových buněk především oplozené vajíčko a první buňky vznikající po oplození. Dále plní jakousi zásobárnu univerzálních buněk, které mohou být využity k obnově či opravě poškozených a opotřebovaných orgánů a tkání, tato jejich vlastnost je však v podmínkách in vivo do určité míry omezená. Je tedy nutné k využití této vlastnosti kmenové buňky kultivovat v laboratoři.

Existuje více skupin kmenových buněk, které se rozdělují dle několika kritérií. Tím základním je dělení z hlediska diferenciačního potenciálu. Jako totipotentní označujeme buňky schopné produkovat téměř jakýkoliv typ buněk v organismu, včetně další totipotentní, v závislosti na prostředí, ve kterém se buňka ocitne. Vyskytují se v zygotě a rané blastocystě a slouží jako základ pro vývin nového jedince. Pluripotentní kmenové buňky, které nalezneme v blastocystě, se mohou dále diferencovat v jakýkoliv typ buněk kromě totipotentních. Mají schopnost tvořit buňky všech tří zárodečných listů (ektoderm, mezoderm a entoderm). Příkladem je embryonální kmenová buňka. Kvůli etickým problémům je však jejich využití v medicíně omezené. Nejvíce využívané kmenové buňky patří do skupiny multipotentních, které mohou dát vznik více druhům specializovaných buněk, ale pouze těm, které jsou příbuzné jednomu typu. Příkladem je hematopoetická kmenová buňka, ze které mohou vznikat různé buňky krve, ale již z ní nemohou vznikat například buňky kosti. Nejvíce využívaným typem multipotentní buňky v medicíně je buňka mezenchymální. Výsledkem diferenciace multipotentních buněk jsou buňky progenitorové neboli unipotentní, které se mohou diferencovat pouze v jediný typ specializovaných buněk a jde tedy o jejich prekurzory. Příkladem je hepatoblast, ze kterého může vzniknout pouze hepatocyt.

Zvláštním typem je indukovaná pluripotentní kmenová buňka (iPSC), vzniklá indukcí již diferencovaných buněk transkripčními faktory, která má vlastnosti nediferenciované embryonální kmenové buňky. To činí iPCSs významným zdrojem pro použití v léčbě a výzkumu bez etických omezení.

Mesenchymální kmenové buňky jsou nehematopoetické multipotentní buňky, schopné diferenciace v adipocyty, myocyty, osteocyty a chondrocyty. Možnost využití mezenchymálních kmenových buněk je podpořena jejich schopností migrace a ,,homingu“, tedy vycestování a usazení do poškozené tkáně v reakci na signalizaci z poškozené tkáně, založené na interakci signalizačních molekul a receptorů na povrchu kmenové buňky.

Neméně důležitá je také jejich parakrinní funkce, jež zajišťuje sekreci cytokinů, chemokinů a růstových faktorů. To ovlivňuje mikroprostředí a buněčnou dynamiku a společně s lokálními stimuly zřejmě má vliv na regeneraci tkání a podporu hojení. Tyto a další faktory se podílí na další významné vlastnosti MSCs- imunomodulaci, buď inhibicí složek imunitního systému, nebo přímou produkcí imunosupresivních látek. Imunosuprese je založena potlačením funkce a sekrece T a B lymfocytů, dendritických buněk, makrofágů a NK buněk a dále indukcí regulačních T buněk (Tregs).

Kromě přeměny v buňky mezodermu byla prokázána i jejich transdiferenciace v non-mezodermální buňky jako jsou neurony, buňky ostrůvků pankreatu nebo hepatocyty. Mechanismus přeměny v jiný buněčný typ je předmětem zkoumání. Diferenciace je dvoustupňová, v prvním kroku dochází k přeměně MSCs na specifický progenitor a v druhém se diferencuje konkrétní buněčný typ. Tyto procesy jsou řízeny regulátory.

MSCs mohou být izolovány z kostní dřeně, skeletální svaloviny, tukové tkáně, dentální pulpy, pupečníkového stromatu či krve, amniové tekutiny, placenty, kůže a zřejmě i mnoha dalších.