Celule stem

Celulele stem sunt celule biologice regăsite în toate organismele multicelulare care se pot divide prin mitoză, diferenția în diverse tipuri celulare specializate și se pot autoregenera pentru a produce mai multe celule stem. La mamifere (incluzând oamenii) există două tipuri principale de celule stem:

• embrionice sau izolate din masa interioară celulară a blastocitului și
• adulte, care sunt izolate din diferite țesuturi.

La organismele adulte, celulele stem și cele progenitoare acționează că un sistem de reparare pentru corp, înlocuind țesuturile adulte distruse. La un embrion în dezvoltare, celulele stem se pot diferenția în toate celulele specializate (ectoderm, endoderm și mezoderm), dar mențin și turnoverul normal al organelor regenerative, cum este sângele, pielea sau intestinele. (3)

Există trei surse accesibile de celule stem adulte autologe la oameni:

• măduva osoasă care necesită extracție prin puncție și forare osoasă femurală sau în creasta iliacă
• țesutul adipos care necesită extracția prin liposucție
• sângele care necesită extracție prin fereză, când sângele este prelevat de la donor, trecut printr-o mașină care extrage celulele stem și reintrodus în corpul donorului.

Celulele stem pot fi prelevate și din sângele cordonului ombilical imediat după naștere. Dintre toate tipurile de celule stem, prelevarea autologa implică cel mai mic risc. Prin definiție, celulele autologe sunt obținute din propriul corp.

Celulele stem adulte sunt folosite de rutină în terapiile medicale, de exemplu pentru transplantul de măduvă osoasă. Celulele stem pot fi astăzi crescute artificial și diferențiate în celule specializate cu caracteristicele diferitelor țesuturi cum este mușchiul sau nervii, prin cultura celulară. S-au propus și celulele autologe embrionice generate prin clonare terapeutică drept candidați pentru viitoarele terapii. (5)

Proprietățile celulelor stem

• autoregenerarea: capacitatea de a suferi numeroase cicluri de diviziune celulară în timp ce își mențin statutul nediferențiat
• potența: capacitatea de a se diferenția în tipuri de celule specializate; aceste celule sunt totipotente sau pluripotente, adică pot da naștere oricărui tip matur celular, deși și celulele multipotente sau unipotente progenitoare sunt uneori denumite tot celule stem. (2)

Autoregenerarea

Există două mecanisme pentru a asigura menținerea unei populații de celule stem:

• replicarea obligatorie asimetrică: o celulă stem se divide doar într-o singură celulă celula mamă care este identică cu celula stem originală și o altă celulă fiică care este diferențiată
• diferențierea stochastică: când o celulă stem se divide în două celule fiice diferențiate, o altă celulă stem suferă mitoză și produce două celule stem identice originalului. (3)

Celulele stem

Definițiile potenței celulare

Totipotența:
Este capacitatea unei singure celule de a se divide și de a produce toate celulele diferențiate din organism. Exemple de celule totipotente sunt sporii și zigoții (prima diviziune celulară după fecundarea ovulului). Totipotența reprezintă cel mai mare potențial de diferențiere. Este posibilă revenirea unei celule complet diferențiate la starea de totipotență; conversie incomplet înțeleasă și complexă. (3)
Modelul de dezvoltare uman este unul care poate fi folosit pentru a descrie apariția celulelor totipotente. Dezvoltarea umană începe prin fertilizarea ovulului de către un spermatozoid și rezultarea unei singure celule totipotente - zigotul. În primele ore după fertilizare, acest zigot se divide în celule identice totipotente, care se dezvoltă mai târziu în oricare din cele trei straturi germinale umane (endoderm, mezoderm, ectoderm), în celulele citotrofoblastului sau sincitiotrofoblastului placentar. După atingerea stadiului 16 de diviziune, celulele totipotente ale morulei se diferențiază în celule care vor deveni eventual masa internă a blastocistului sau trofoblastul exterior. La aproximativ 4 zile după fertilizare și după câteva cicluri de diviziune, aceste celule totipotente încep să se specializeze. Masa celulară interioară, sursa celulelor stem embrionice devine pluripotentă. (1) (4)
Pluripotența:
În biologia celulară pluripotența se referă la o celulă stem care are potențialul de a se diferenția în oricare din cele trei straturi germinale.
Pluripotența indusă:
Celulele pluripotente induse sunt un tip de celule stem pluripotente derivate artificial din celule nonpotente, de obicei o celulă somatică adultă, prin inducerea unei expresii forțate a anumitor gene și factori de transcripție. Aceste celule par a păstra aceeași informație genetică ca celulele embrionare. Descoperirea acestei tehnici exclude controversele bioetice în folosirea celulelor embrionare. Totuși celulele stem pluripotente induse au proprietăți tumorigene și nu au fost niciodată aprobate pentru cercetarea clinică. Rata de replicare redusă și îmbatrinirea celulară precoce au fost de asemenea regăsite la aceste celule. O utilizare medicală posibilă este transplantul tisular fără riscul de rejecție. (5)
Multipotența:
Multipotența descrie celulele progenitoare care au potențialul activat genetic de a se diferenția în tipuri celulare mutiple dar limitate. De exemplu, o celulă multipotentă sangvină este celula hematopoietică. Acest tip de celulă se poate diferenția în câteva tipuri de celule sangvine: limfocite, monocite, neutrofile, etc., dar nu se poate diferenția în celule nervoase, osoase sau alte tipuri nonsangvine.
Noile cercetări sugerează că aceste celule pot fi capabile de conversia în tipuri celulare neînrudite. Astfel, într-un experiment fibroblastele au fost transformate în neuroni funcționali sau celulele sangvine din cordonul ombilical au fost transformate în neuroni umani. Se încearcă încă transformarea celulelor multipotente în pluripotente. (1) (5)
Aceste celule se regăsesc în multe dar nu în toate țesuturile. Au fost găsite în țesutul adipos, cardiac, măduva osoasă și stroma mezenchimală a molarului al treilea. Celulele stem multipotente din molari sunt surse de celule stem ușor de prelevat din molarii de la vârsta de 8-10 ani și înainte de calcificarea dentară adultă. Aceste celule multipotente se pot transformă în osteoblaste, condrocite și adipocite. (4)
Oligopotența:
Oligopotența este capacitatea celulelor progenitoare de a se diferenția în puține tipuri celulare. Este un grad de potență. Exemple de astfel de celule sunt celulele stem limfoide sau mieloide. O celulă limfoidă poate da naștere la diferite celule sangvine cum sunt celulele T și B totuși, nu și unui al tip de celulă sangvină cum este un eritrocit. Exemple de celule progenitoare sunt celulele stem vasculare care au capacitatea de a deveni celule endoteliale sau musculare netede.
Unipotența:
O celulă unipotentă este conceptul că o celula stem are capacitatea de a se diferenția doar într-un tip celular. Nu se știe încă dacă aceste celule există. Hepatoblastele care se diferențiază în hepatocite și colangiocitele sunt bipotente. (6)

Celulele stem embrionice

Celulele stem embrionice sunt culturi de celule derivate din epiblastul masei interne a blastocistului sau din morula precoce. Blastocistul este un stadiu inițial al embrionului (4 zile de la concepție și format din 50-150 de celule). Aceste celule sunt pluripotente și se divid în toate celulele derivate ale celor trei straturi germinale. Aceste celule se pot transforma în fiecare din cele peste 200 de tipuri celulare ale adultului. Nu contribuie la membranele extra-embrionice ale placentei.
Diferențierea și menținerea pluripotenței celulelor stem embrionare are nevoie de expresia câtorva factori de transcripție și proteine de suprafață, care asigură supresia genelor care duc la diferențierea și menținerea pluripotenței.
Nu există încă tratamente aprobate folosind celulele stem embrionare. Aceste celule, fiind pluripotente, necesită semnale specifice pentru diferențierea corectă dacă sunt injectate într-un alt corp direct. Ele se vor diferenția în multiple tipuri celulare rezultând un teratom. Datorită capacităților lor combinate de expansiune nelimitată și pluripotentă, celulele embrionice stem ramân o sursă teoretică pentru medicina regeneritivă și reînlocuirea tisulară după traumatisme sau boli. (7) (3)

Celulele stem fetale

Celulele stem primitive localizate în organele fetușilor.

Celulele stem adulte

Denumite și celule somatice, stem sau germline (gameții), aceste celule pot fi regăsite atât la copii, cât și la adulți. Celulele pluripotente adulte sunt rare și în general în număr mic, dar pot fi găsite în câteva țesuturi incluzând sângele cordonului ombilical. Măduva osoasă este una dintre cele mai bogate surse de celule stem adulte, folosită în tratarea câtorva condiții incluzând: traumatismele măduvei spinării, ciroza hepatică, ischemia cronică periferică și insuficiența cardiacă finală. Cantitatea de celule stem din măduva osoasă scade cu vârsta, iar la femeile fertile este mai mică decât la barbații de aceeași vârsta. Experimentele efectuate pe șoareci cuprind celule stem direct generate din fibroblastele adulte. Din nefericire, mulți șoareci nu trăiesc mult cu organele realizate din celulele stem.
Cele mai multe celule stem adulte sunt multipotente și sunt denumite după țesutul de origine: celule stem mezenchimale, celule stem adipoase, endoteliale, din pulpa dentară, etc. (9) (6)
Terapiile cu celule stem adulte au fost folosite cu succes pentru mulți ani în cazul leucemiei și a neoplaziilor osoase/ sangvine prin transplanturile de măduvă. Celulele stem adulte sunt folosite și în medicina veterinară pentru a trata leziunile tendoanelor și a ligamentelor la cai.
Folosirea acestor celule în cercetare și terapie nu este atât de controversată ca folosirea celulelor embrionice, deoarece nu necesită distrugerea unui embrion. În cazurile în care celulele adulte stem sunt obținute din autogrefă, riscul de rejecție este inexistent. (4)

Celulele stem amniotice

Celule multipotente stem sunt regăsite și în fluidul amniotic. Aceste celule sunt foarte active, se divid extensiv și nu sunt tumorigene. Sunt multipotente și se pot diferenția în linii celulare adipogene, osteogene, miogene, endoteliale, hepatice și neuronale. Folosirea acestor celule nu trezește problemele etice ale folosirii embrionilor umani. Este posibilă colectarea celulelor stem amniotice de la donori și pentru folosirea autologă. Prima bancă de celule stem amniotice a fost deschisă în 2009 în America. (5) (6)

Celulele stem din sângele cordonului ombilical

Un anumit tip de celule stem sangvine din cordonul ombilical este multipotent și prezintă caracteristici embrionice și hematopoietice. Ele pot da naștere celor trei straturi embrionare în prezența diferiților inductori.

Tratamente folosind celulele stem

Terapiile cu celule stem sunt multe, dar majoritatea sunt în stadii experimentale, scumpe sau controversate, cu excepția transplantului de măduvă osoasă și mai recent a celui din celulele stem ale cordonului embrionar. Cercetătorii anticipează că în curând celulele stem embrionice și adulte vor reuși să trateze cancerul, diabetul zaharat tip I, boala Parkinson, Huntington, boala celiacă, insuficiența cardiacă, leziunile musculare și condițiile neurologice. (1) (5)

Terapii medicale:

Celulele stem din măduva osoasă și mai recent cele din cordonul ombilical au fost folosite pentru a trata leucemia sau limfomul de peste 30 de ani. În timpul chimioterapiei, cele mai multe celule neoplazice sunt distruse de agenții citotoxici. Acești agenți totuși, nu pot discrimina între leucemie sau celulele neoplazice și celulele stem hematopoietice din măduva osoasă. Acest efect secundar al chimioterapiei este depășit prin transplantul celular; măduva osoasă sănătoasă a unui donor reintroduce celule stem funcționale pentru a înlocui celulele pierdute din măduvă în timpul tratamentului. (2)

Terapii potențiale:

Leziunile cerebrale:
AVC și traumatismele cerebrale duc la pierderea neuronilor și a oligodendrocitelor din creier. Creierul sănătos adult conține celule stem neurale care se divid pentru a menține numărul de celule stem sau a deveni celule progenitoare. În creierul adult, celulele progenitoare migrează în creier și mențin populațiile neuronale specializate pentru olfacție. În sarcină și după traumatisme, acest sistem pare a fi reglat de factori de creștere și poate crește rata la care se formează materia cenușie nouă. Deși procesele de reparare par a fi inițiate după trauma creierului, recuperarea substanțială este rar observată la adulți.
Celulele stem pot fi folosite în tratarea degenerării cerebrale din boala Parkinson sau Alzheimer. S-a raportat experimental activarea farmacologică a populației endogene de celule stem neuronale pentru a induce neuroprotecția puternică și recuperarea la șobolani. (2)

Banca de celule stem din cordonul ombilical

Banca de celule stem este o unitate care depozitează celule stem din sângele cordonului ombilical pentru o utilizare viitoare. Există astăzi bănci private și publice pentru celulele stem. Băncile publice acceptă donații pentru a fi puse la dispoziția altor persoane doritoare. Există reguli stricte urmate de aceste bănci publice pentru a permite unităților donate să fie introduse în registru. În general, o mamă însărcinată interesată în donare trebuie să contacteze banca înainte de saptamâna 34 de gestație. După donarea sângelui, se pierd toate informațiile de identificare a familiei donatoare după o scurtă perioadă de testare. (6) (9)

Banca privată este o alegere personală făcută de ambii părinți. Aici se depozitează sângele cu datele de identificare ale donorului, pentru ca familia să poate recupera la nevoie sângele. Părinții dețin custodia sângelui până când copilul este adult.

Prelevarea celulelor stem

Colectarea de celule stem din cordonul ombilical se face după tăierea cordonului, la 10 minute de la naștere. Alte celule stem pot fi colectate și din placentă. O colectare adecvată de sânge necesită cel puțin 75 ml pentru a asigura îndeajuns de multe celule. Sângele va fi testat viral, incluzând HIV, hepatita B și C. Alte teste cuprind: tipare tisulară pentru a determina tipul de atigen leucocitar uman, numărul de celule nucleate, viabilitatea celulară, grupul ABO și Rh, CD34 și cultura bacteriană și fungică. (4) (10)

Depozitarea celulelor stem

Față de alte organe, celulele măduvei osoase pot fi înghețate (crioprezervate) pentru perioade prelungite fără a distruge prea multe celule. Crioprezervarea este o necesitate pentru transplanturile autologe, deoarece celulele trebuie prelevate de la donor cu câteva luni înainte de tratament. În cazul transplantului allogenic, măduva osoasă proaspătă este preferată pentru a evita pierderea celulară care apare în timpul înghețării. Sângele allogenic din cordonul ombilical este depozitat înghețat la o banca de celule deoarece se obține doar la momentul nașterii. Pentru a crioprezerva celulele stem se va adăuga un conservant (dimetil sulfoxid), iar celulele trebuie înghețate foarte încet într-un mediu controlat pentru a preveni leziunile celulare osmotice în timpul formării cristalelor de gheață. Temperatura va scădea până la -90 de grade Celsius lent, apoi se va adăuga rezervorul de nitrogen care va menține o temperatură de -196 grade Celsius. Celulele stem pot fi păstrate ani întregi într-un frigider special care folosește nitrogen lichid. (10) (7)

Terapia cu celule stem în România

Agenția Națională de Transplant a acreditat 5 bănci de celule stem în țara noastră și 10 pentru transport. Băncile de celule stem acreditate de Ministerul Sănătății sunt: Biogenis, Cord Blood Center, Stem Health Unirea, Stem Life Bank și FreezelLife. De asemenea, există și alte bănci autorizate să transporte sângele placentar sau mostre de sânge din cordonul ombilical în țară sau străinătate. Printre acestea se numără: Lifeline, Stem Sure, Cryo Stem Health, Biohelenica, Multicell, Vitacells, Neo Sanguis, Epsilon. (10) (11)

În România, primul copil tratat cu celule stem este un băiețel cu paralizie cerebrală. Aproape 7% dintre femeile din țara noastră acceptă anual prelevarea de celule stem din cordonul ombilical, scopul fiind donarea și nu tratarea unor boli. 2.000 de romani sunt înscriși în Registrul Național al Donatorilor Volutari de Celule Stem, funcțional din 2013, astfel pacienții care nu au un donator înrudit pot beneficia de tratament și în țară. Abonamentul pentru stocarea în bănci a celulelor stem variază între 50 și 110 euro pe an, iar recoltarea, procesarea și verificarea produselor costă între 700 și 1.100 de euro. Cea mai veche stocare este de șapte ani, iar până acum au fost folosite celule stem recoltate la naștere într-un singur caz, al unui bebeluș, intervenția fiind realizată în SUA. (1) (11)

Codul de etică al băncilor prevede că acestea nu vor oferi clienților nicio recompensă sau beneficiu care contravine legilor în vigoare.

În România sunt în prezent 16 bănci de celule stem. La nivel european funcționează 49 de astfel de unități, 3 dintre acestea ocupând 80% din piață de profil. Cele mai bune celule stem sunt cele recoltate din cordonul ombilical și din sânge.

Celulele stem pot trata puțin peste 75 de boli. Între principalele grupe de boli ce pot fi tratate se numără leucemiile acute și cronice, sindromul mielodisplazic, anemiile, afecțiunile congenitale ale sistemului imun, anumite tipuri de cancer, boli metabolice ereditare și bolile autoimune.

Lista afecțiunilor tratate cu celule stem proprii (transplant autolog) și de la donator (alogen)

• leucemia acută limfoblastica, leucemia acută mieloidă
• leucemia acută bifenotipica, leucemia acută nediferențiată
• leucemia cronică mieloidă, leucemia cronică limfocitică
• leucemia cronică infantilă mieloidă, leucemia cronică mielomonocitică
• boala Hodgkin, limfom non-Hodgkin, limfom Burkitt
• anemie refractară cu exces de blaști, cu sideroblaști inelari, cu exces de blaști în formare
• leucemie mielomonocitara cronică, mielofibroza acută
• metaplazie mieloidă agnogenica, mielom multiplu
• leucemia cu plasmocite, macroglobulinemia Waldenstrom
• anemia aplastică severă, hemoglobinuria paroxistică nocturnă.

Afecțiuni tratate cu celule stem prin transplant heterolog

• beta-talasemia majoră, anemia congenitală diseritropoietica
• anemia Diamond, aplazia pură a seriei eritrocitare
• siclemia, citopenia congenitală, diskeratoza congenitală
• sindromul Higashi, granulomatoza cronică, disgenezia reticulară
• adrenoleucodistrofia, boala Gaucher, sindrom Hunter
• sindrom Hurler, boala Krabbe, sindrom Maroteaux
• leucodistrofia metacromatică, sidnrom Morqui, mucolipidoza II
• boala Niemann-Pick, sindromul San Filipp, sindromul Scheie
• sindromul Sly, boala Wolman, limfohistiocitoza familială eritrogocitica
• hematofagocitoza, histiocitoza, absentă limfocitelor T sau B
• ataxia teleangiectazia, sindrom Bare, imunodeficiența variabilă comună
• sindrom DiGeorge, sindromul Kostmann, deficiența de adeziune a leucotitelor
• sindrom Omenn, imunodeficiența severă combinată, sindrom Aldrich
• hipoplazia cartilaj-par, lipofuscinoza ceroidă, porfiria congenitală eritropoietică
• trombastenia Glanzmann, sindrom Lesch-Nyhan, osteopetroza, boala Tay Sachs
• amegacariocitoza, trombocitopenia congenitală, sindrom Evans
• tumori cerebrale, sarcom Ewing, retinoblastom, neuroblastom, cancer testicular.

Tratament cu celule stem în stadiu de trial clinic:

• cancer de sân, carcinom cu celule renale, cancer ovarian, cancer pulmonar
• scleroză multiplă, boala Gunther, sindrom Pudlak, sindrom Pearson
• sindrom Diamond, mastocitoza sistemică, trombastenie Glanzmann.

Tratamente cu celule stem în stadiu experimental:

• poliartrita juvenilă, poliartrita reumatoidă, boala Crohn, LES
• dermatomiozita juvenilă, sclerodermia, DZ tip I, scleroza amiotrofica laterală
• boala Alzheimer, boala Huntington, boala Parkinson, leziuni ale măduvei spinării
• recuperarea postAVC cerebral, regenerare renală, regenerare hepatică, cardiomiocitara postinfarct miocardic, anemia Fanconi, boli metabolice.