Kmenové buňky představují primární nediferencované buňky s výjimečnou schopností sebeobnovy a diferenciace do specifických buněčných typů v těle. Tato unikátní charakteristika jim umožňuje hrát klíčovou roli v regeneraci tkání a udržování homeostázy v organismu. Jejich jedinečný potenciál je využíván primárně v regenerativní medicíně a imunologii k léčbě široké škály onemocnění a poranění.
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.
Zvláštním typem je pak 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.
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.
Výsledkem diferenciace multipotentních buněk jsou buňky progenitorové neboli unipotentní. Mohou se diferencovat pouze v jediný typ specializovaných buněk, a jde tedy o jejich prekurzory. Příkladem je hepatoblast, ze kterého může vzniknout pouze hepatocyt.
Ve veterinární medicíně jsou nejčastěji využívány mezenchymální kmenové buňky (MSC – mesenchymal stem cells). Tyto jedinečné buňky se vyskytují v mnoha tělěsných tkáních, jako je mimo jiné kostní dřeň, tuková tkáň a periferní krev a slouží k jejich přirozené regeneraci. Kromě toho mají řadu charakteristik a funkcí, které je činí zajímavými pro využití v terapeutických postupech.
Tím, že jsou MSC multipotentní, mají schopnost se diferencovat do různých typů buněk, včetně kostních buněk, chrupavky, svalových buněk a dalších. Vylučováním různých faktorů jsou schopny komunikace s okolními buňkami, a tímto způsobem podporují hojení tkání, snižují zánět a regenerují postižené oblasti. Jejich působení brání tvorbě jizev, což je nesmírně důležité zejména při tendinopatiích, kdy MSC obnovují původní funkčnost šlach.
Mezenchymální kmenové buňky mohou ovlivňovat reakce imunitního systému, snižovat zánět a podporovat imunitní toleranci. To je zvláště důležité při léčby autoimunitních onemocnění a tlumení alergických reakcí.
Léčba mezenchymálními buňkami je relativně bezpečná a jejich aplikace je obvykle bezbolestná a minimálně invazivní. Po odběru z pacientovy vlastní zdrojové tkáně jsou buňky zpracovány zpět do jeho těla. Díky tomu je riziko jejich nepřijetí organismem nebo nežádoucích vedlejších účinků minimální.
Mezenchymální kmenové buňky lze získat z různých tělesných tkání (nejčastěji kostní dřeň nebo tuková tkáň), a efektivně expandovat in vitro v buněčné kultuře, což znamená, že lze standardizovanými postupy vyprodukovat dostatečné množství těchto buněk potřebné pro terapeutické účely.
Účinek mezenchymálních kmenových buněk je vědecky prokázán a podložen množstvím klinických studií.
V případě kloubních onemocnění mohou být MSC aplikovány přímo do postiženého kloubu a podpořit regeneraci chrupavky, snížit zánět a bolest, a tím zlepšit pohyblivost daného kloubu. Unikátní schopnost MSC hojit postiženou tkáň bez jizev je ceněna zejména při tendinopatiích, kdy MSC umožňují, aby vyhojená tkáň fungovala plnohodnotně a bez recidiv.
V případě nespecifických zánětů střev mohou MSC pomoci snížit zánět, podpořit hojení sliznic a obnovu tkání v trávicím traktu, a tím zlepšit trávení a kvalitu života pacienta.
Velký potenciál mají MSC také například při léčbě gingivostomatitidy u koček, kde klinické studie popisují až 70% úspěšnost kompletního klinického i histologického zhojení orálních lézí.
MSC mají imunomodulační účinky, tj. mohou regulovat imunitní odpověď a potlačit nadměrnou imunitní reakci, čímž přinášejí úlevu pacientům trpícím např. systémovým lupusem nebo astmatem.
MSC poskytují naději i pro pacienty s očními onemocněními, jako je keratokonjunktivitida nebo rohovková ulcerace. Tyto buňky mohou podpořit hojení rohovky, snížit zánět, obnovit funkčnost oka a zlepšit tím zrakové schopnosti.
U pacientů trpících nemocemi ledvin mohou MSC pomoci stimulovat obnovu poškozených tkání a podpořit funkčnost ledvin. Tímto způsobem mohou být zpomaleny nebo dokonce zastaveny progrese onemocnění.
Kožní problémy, jako jsou atopické dermatitidy, nehojící se rány, mohou být náročné na léčbu. Aplikace MSC sníží zánět, usnadní a urychlí proces hojení ran a regenerace pokožky.
MSC jsou úspěšně využívány například u traumatických onemocnění páteře, kdy výrazně urychlují hojení.
Původně se předpokládalo, že MSC dosahují svého terapeutického účinku migrací na místa poškození a následnou diferenciací do buněčných typů potřebných pro regeneraci tkání. Novější výzkumy odhalily, že léčebné přínosy MSC spočívají také v sekreci různých unikátních faktorů, včetně imunomodulačních a imunoregulačních, a extracelulárních vezikul.
MSC jsou schopny detekovat chemické signály uvolňované z poškozené tkáně, migrovat do této oblasti a cíleně zde terapeuticky působit.
MSC jsou schopny diferenciace v chondrocyty, osteocyty a adipocyty. Tato tříliniová diferenciace v podmínkách in vitro je klíčovou charakteristikou MSC. Přeměna v jiné typy buněk, jako jsou kardiomyocyty, neurocyty nebo další buňky, je předmětem neustálého zkoumání.
Extracelulární vezikuly, vylučované některými buňkami včetně kmenových, obsahují různé typy molekul (proteiny, cytokiny, růstové faktory, signální molekuly). V těle putují na velké vzdálenosti a tyto molekuly s různými působky a také informace přenášejí do cílových buněk. Zde snižují oxidační stres a zánět, slouží k ochraně a podpoře regenerace tkání, k posílení buněčné proliferace, chrání buňky před apoptózou a senescencí.
Parakrinní signalizace je metoda komunikace mezi buňkami, kdy jedna buňka uvolní signální molekulu a změny jsou indukovány v sousedních buňkách. Například uvolnění molekuly TGF-beta způsobuje proliferaci a diferenciaci buněk, hojení ran a angiogenezi.
MSC nejsou součástí imunitního systému, ale jsou schopny s ním interagovat a modulovat jej. Obecně mají spíše funkce supresivní, protizánětlivé. Produkcí specifických molekul mohou regulovat aktivitu imunitních buněk a podporovat imunitní toleranci. To je zvláště důležité při léčbě autoimunitních onemocnění a tlumení alergických reakcí.
MSC jsou schopny tvořit mezibuněčné spoje a buňkám s poškozenými mitochondriemi dodat nové. Tím odvrátí buněčnou smrt a zvýší funkční potenciál buňky, která mitochondrie přijala.
Avecell je inovativní léčebný prostředek pro zvířata, který využívá regenerativního potenciálu kmenových buňek k léčbě poškozených tkání a řady chorob.
