Tüvirakud

Allikas: Vikipeedia

Tüvirakud on diferentseerumata algrakud, mis võivad muunduda kas spetsiaalse funktsiooniga rakkudeks või jaguneda mitoosi teel samasugusteks tüvirakkudeks. Tüvirakke leidub ainult hulkraksetel organismidel. Imetajatel on kirjeldatud embrüonaalseid ja täiskasvanud tüvirakke. Täiskasvanud organismis uuendavad tüvirakud kudesid ehk on keha parandamise süsteem. Teadlased on õppinud tüvirakke kunstilikult kasvatama ja diferentseerima spetsiaalse funktsiooniga rakkudeks.[1]

Täiskasvanud inimeses on autoogsete tüvirakkude eraldamiseks neli kohta:

  1. Luuüdi – tüvirakkude kättesaamiseks tuleb puurida luuüdisse.
  2. Rasvarakud – tüvirakud eraldatakse rasvaimu abil.
  3. Veri – täisveri tuleb eraldada komponentideks ja sealt filtreerida välja hematopoeetilised tüvirakud.
  4. Pärast sündi saab neid eraldada ka nabanööri verest.[2]

Omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tüvirakkude klassikalise definitsiooni kohaselt on sellisel rakul kaks tunnust:

  • Taastootlikkus – võime jaguneda korduvalt uuteks rakkudeks jäädes diferentseerumata olekusse.
  • Potents - võime muunduda spetsialiseeritud rakkudeks.[3]

Populatsiooni säilitamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tüviraku populatsioon säilitatakse kahe jagunemise mehhanismiga:

  1. Obligatoorne asümmeetriline replikatsioon – tüvirakk jaguneb ja moodustub kaks uut tüvirakku, millest üks on identne esialgse tüvirakuga ja teine hakkab diferentseeruma spetsiifiliseks rakuks.
  2. Stohhastiline diferentseerumine – tüvirakk jaguneb ja moodustab identse tütarraku ja teise progeniitor raku, mis on juba rohkem differentseerunud ja millel on piiratud taastootlikuse võimalused. Nad saavad läbida mitmeid jagunemisi enne, kui diferentseeruvad täiskasvanud rakuks.

On kaks teooriat, et seletada, millist tüüpi jagunemise mehhanismi kasutatakse. Esimese kohaselt on valik põhjustatud eri membraanivalkude eritamisega raku pinnale. Teise teooria kohaselt püsivad tüvirakud diferentseerumata olekus teatud keskkonna tingimustes. Tüvirakud hakkavad diferentseeruma, kui nad lahkuvad neile sobilikust keskkonnast või ei saa enam signaale, mis hoiaks neid diferentseerumata olekus.[4]

Potentsi tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rakkudel leidub viite tüüpi potentsust:

  1. Üksainus totipotentne rakk võib kasvada organismiks ning toota ka looteväliseid kudesid. Selline omadus on sügootidel ja enamikul blastomeeridel.[3]
  2. Pluripotentsed tüvirakud ei saa kasvada organismiks, kuid on võimelised diferentseeruma rakkudeks, mis on pärit ühest kindlast lootelehest kolme lootelehe seast.[5]
  3. Multipotentsed tüvirakud võivad muutuda ainult teatud kudede rakkudeks, näiteks vererakkudeks või luurakkudeks.[3]
  4. Oligopotentsed tüvirakud saavad diferentseeruda ainut vähesteks rakkudeks, nagu näiteks lümfi või müeloidi tüvirakkudeks.[3]
  5. Unipotentsed tüvirakud saavad toota ainult nende enda rakutüüpi, kuid saavad ka taastoota algseid tüvirakke. [3]

Tüviraku tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Embrüonaalsed tüvirakud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Embrüonaalsed tüvirakud on visualiseeritud blastotsüsti rakusisese massi rakkude hulgas. Nendest rakkudest võib saada ükskõik milline rakutüüp, välja arvatud platsentat moodustav rakk. Moorula rakud on totipotentsed ja nad võivad saada ka platsenta rakkudeks. Diagramm ilustreerib inimembrüo embrüonaalset tüvirakku ja nende rolli organismis.

Embrüonaalsed tüvirakud on saadud blastotsüsti ehk lootepõiekese sisemassi rakkudest.[6] Embrüonaalsed tüvirakud on pluripotentsed ja annavad alguse kolmele põhilisele lootelehele: ektoderm, endoderm ja mesoderm. Nad võivad diferentseeruda enam kui kahesajaks rakutüübiks, mis esinevad täiskasvanud kehas. Pea kõik tüvirakkudega seotud uuringud on läbi viidud kas hiire (mES) või inimese embrüonaalsete tüvirakkudega (hES). Mõlemad vajavad diferentseerumata oleku säilitamiseks väga erinevaid tingimusi.[7] Inimese embrüonaalseid tüvirakke saab tavalistest rakkudest eristada mitmete spetsiifiliste transkriptsioonifaktorite ekspressiooni ja raku pinna retseptorite abil.

Embrüonaalsed tüvirakud vajavad diferentseerumiseks väga spetsiifilisi signaale. Kui selliseid rakke süstida teise kehasse, siis hakkavad rakud diferentseeruma paljudeks eri rakkudeks, põhjustades nii teatud tüüpi kasvaja, mida nimetatakse teratoomiks. Embrüonaalsed tüvirakud on oma pluripotentsuse tõttu potentsiaalseks ravimeetodiks regeneratiivmeditsiinis ja kudede taastamiseks haiguse või vigastuse tagajärjel.[8]

Inimlootelt saadud embrüonaalsete tüvirakkude kasutamisele uurimisobjektina on esitatud eetilisi vastuväiteid põhjendusega, et selliste tüvirakkude saamiseks lõhutavat blastotsüsti (s.o. loode, milles ei ole veel üle 150 raku) võib pidada juba inimeseks.[7]

Täiskasvanud tüvirakud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Täiskasvanud tüvirakud ehk somaatilised tüvirakud ehk keha tüvirakud on diferentseerumata rakud, mis leiduvad mingi koe diferentseerunud rakkude hulgas ning on enamasti multipotentsed. Hoolimata nimest leidub neid ka lastel ning sündimisel saab neid eraldada ka nabaväädist.[9] Pluripotentsed tüvirakud on haruldased, kuid neid leidub mitmes eri koes.[10] Luuüdis leidub rohkelt täiskasvanud tüvirakke.[11] Luuüdis leiduvate tüvirakkude arv kahaneb vanuse kasvades.[12] Täiskasvanud tüvirakke on kasutatud mitmete seljaaju vigastuste [13], maksa tsirroosi [14] ja kroonilise jäseme isheemia ravimiseks.[15] Lisaks on neid kasutatud ravimaks leukeemiat ja teisi sarnaseid luu- ja verevähke. Samuti kasutatakse täiskasvanud tüvirakke veterinaarias kõõluse ja sidekoe vigastuste ravimiseks hobustel.[16] Täiskasvanud tüvirakkude kasutamine pole nii vastuoluline, kui embrüonaalsete tüvirakkude kasutamine, sest täiskasvanud tüvirakkude saamiseks pole vaja embrüot lõhkuda.[17]

Amniootilised tüvirakud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Multipotentseid tüvirakke leidub ka loote amnioni vedelikus. Need tüvirakud on väga aktiivsed, jagunevad kiiresti ja ei tekita kasvajat.[18] Rooma Katoliku Kiriku õpetus keelab embrüonaalsete tüvirakkude kasutamise, kuid Vatikani ajaleht „Osservatore Romano“ nimetas amniootilisi tüvirakke „meditsiini tulevikuks.“[19] 2009. aastal avati esimene amniootiliste tüvirakkude pank,[20] mis teeb koostööd mitmete haiglate ja ülikoolidega üle maailma. [21]

Nabaväädi vere tüvirakud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Teatud tüüpi tüvirakud (CB-SC), mis on saadud nabaväädi verest on multipotentsed: neil on nii embrüonaalsed kui hematopoeetilised omadused. Fenotüübiline klassifikatsioon näitab, et nendel rakkudel on embrüonaalse raku markerid (transkripitsioonifaktorid OCT-4 ja Nanog) ja raku elufaasile iseloomulikud embrüonaalsed antigeenid.[22] Nabaväädi vere tüvirakkudel on potentsiaal ravida autoimmuunhaiguseid.[23]

Esilekutsutud pluripotentsus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Need pole täiskasvanud tüvirakud, vaid rakud, mis on ümber programmeeritud nii, et nad omandavad pluripotentsuse. Nii saab näiteks hiire naharakkudes indutseerida tüviraku omadusi ja see rakk omakorda signaalide teel diferentseerida spetsialiseerunud rakuks, näiteks munarakuks.[24]

Ravi[muuda | redigeeri lähteteksti]

Potentsiaalsed kasutusalad tüvirakkudega ravimisel. Hetkel on ainus kasutusel olev ravimeetod luuüdi transplantatsioon.

Teadlaste arvates on tüvirakkudel potentsiaal drastiliselt muuta tänapäeva meditsiini. Juba praegu suudetakse ravida leukeemiat ja mitmeid vere/luu vähi tüüpe.[25] Loodetakse, et tulevikus saab tüvirakkudega hakata ravima mitmeid haigusi, nagu vähk, Parkinsoni tõbi, seljaaju vigastused, polüskleroos ja lihasvigastused.[26] [27] Tüvirakkude kasutamisel jääb siiski risk, et tüvirakud võivad moodustada kasvajaid. Kontrollimatu rakujagunemise korral võivad need kasvajad muutuda ka kantserogeenseks. Isegi siis kui tüvirakud on võetud samalt inimeselt võib tekkida kasvaja, sest mitokondriaalses DNAs toimuvad mutatsioonid palju tihedamini kui inimgenoomis.[28]

Tähtsamad avastused tüvirakkude vallas[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • 1963: Hiire luuüdis näidatakse ennast taastootvate rakkude olemasolu.
  • 1968: Raske kombineeritud immuunpuudulikkus ravitakse esmakordselt, kasutades luuüdi transplantatsiooni.
  • 1978: Inimese nabaväädi verd uurides avastatakse hematopoeetilised tüvirakud.
  • 1981: Teadlased eraldavad hiire embrüo rakusisesest massist embrüonaalsed tüvirakud.
  • 1997: Leitakse esimesed otsesed tõendid vähi tüvirakkude kohta. Näidatakse, et leukeemia saab alguse ühest hematopoeetilisest tüvirakust.
  • 1998: Esimene inimese embrüonaalse tüvirakuliini kasvatamine.[29]
  • 2003: Avastatakse uut tüüpi täiskasvanud tüvirakud laste piimahammastest.[30]
  • 2006 oktoober: Teadlased Newcastle Ülikoolis Inglismaal kasutavad nabaväädi vere tüvirakke ja suudavad esmakordselt neist luua tehislikke maksarakke.[30]
  • 2007 jaanuar: Wake Forest Ülikooli teadlased avastavad uut tüüpi tüvirakud amnioni vedelikus.[31]
  • 2007 oktoober: Mario Capecchi, Martin Evans ja Oliver Smithies said Nobeli preemia nende töö eest embrüonaalsete tüvirakkude vallas ja esimese geneetiliselt muundatud hiire (tuntud kui knockout hiir) välja töötamise eest. [32]
  • 2008 oktoober: Embrüonaalse tüviraku sarnaste rakkude avastamine inimese juuksekarvas.[33]
  • 2009 märts: Andras Nagy ja Keisuke Kaji avastavad meetodi, kuidas kasutada tavalisi keharakke ja toota neist embrüonaalse tüviraku sarnaseid rakke. Nad kasutavad „pakkimise“ meetodit, et viia spetsiifilisi geene rakku. Varem on selleks kasutatud viirust, mis võib aga põhjustada soovimatuid mutatsioone.[34]
  • 2010 oktoober: Tehakse esimesed katsed inimese embrüonaalsete tüvirakkudega.[35]
  • 2011: Iisraeli teadlase Inbar Friedrich Ben-Nun’i juhtud meeskond suutis ohustatud liikides olevatest rakkudest toota tüvirakke. Selle abil saab päästa väljasuremisohus olevaid liike.[36]
  • 2012: Katsuhiko Hayashi kasutas hiire naharakke, et teha neist tüvirakud ja kasutas neid tüvirakke, et siis teha hiire munarakke. Need munarakud viljastati ja arenes terve isend. Samuti andis see hiir terveid järglasi.[37]
  • 2013: Esmakordselt kasvatati, küpsetati ja maitsti laboris liha, mis tehtud lihase tüvirakkudest.[38]

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Tuch BE (2006). "Stem cells—a clinical update". Australian Family Physician 35 (9): 719–21. PMID 16969445. 
  2. Siminovitch L, McCulloch EA, Till JE (1963). "The distribution of colony-forming cells among spleen colonies". Journal of Cellular and Comparative Physiology 62 (3): 327–36. PMID 14086156. 
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Schöler, Hans R. (2007). "The Potential of Stem Cells: An Inventory", in Nikolaus Knoepffler, Dagmar Schipanski, and Stefan Lorenz Sorgner: Humanbiotechnology as Social Challenge. Ashgate Publishing, 28. ISBN 978-0-7546-5755-2. 
  4. Xie T, Spradling A (1998). "decapentaplegic is essential for the maintenance and division of germline stem cells in the Drosophila ovary". Cell 94 (2): 251–60. PMID 9695953. 
  5. Mitalipov SM, Zhou Q, Byrne JA, Ji WZ, Norgren RB, Wolf DP (2007). "Reprogramming following somatic cell nuclear transfer in primates is dependent upon nuclear remodeling". Hum Reprod 22 (8): 2232–42. PMID 17562675. 
  6. "New Stem-Cell Procedure Doesn't Harm Embryos, Company Claims", Associated Press, Fox News (2006-08-24). 
  7. 7,0 7,1 "Culture of Human Embryonic Stem Cells (hESC)". National Institutes of Health. Vaadatud 21.10.2013.
  8. Wu DC, Boyd AS, Wood KJ (2007). "Embryonic stem cell transplantation: potential applicability in cell replacement therapy and regenerative medicine". Front Biosci 12 (8–12): 4525–35. PMID 17485394. 
  9. Jiang Y (2002). "Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow". Nature 418 (6893): 41–9. PMID 12077603. 
  10. Ratajczak MZ, Machalinski B, Wojakowski W, Ratajczak J, Kucia M (2007). "A hypothesis for an embryonic origin of pluripotent Oct-4(+) stem cells in adult bone marrow and other tissues". Leukemia 21 (5): 860–7. PMID 17344915. 
  11. Narasipura SD (2008). "P-Selectin coated microtube for enrichment of CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells from human bone marrow". Clin Chem 54 (1): 77–85. PMID 18024531. 
  12. Dedeepiya VD (2012). "Index of CD34+ Cells and Mononuclear Cells in the Bone Marrow of Spinal Cord Injury Patients of Different Age Groups: A Comparative Analysis". Bone Marrow Res 2012. PMID 22830032. 
  13. William JB (2011). "Functional Recovery of Spinal Cord Injury Following Application of Intralesional Bone Marrow Mononuclear Cells Embedded in Polymer Scaffold – Two Year Follow-up in a Canine". Journal of Stem Cell Research & Therapy 01 (3). )
  14. Terai S (2006). "Improved liver function in patients with liver cirrhosis after autologous bone marrow cell infusion therapy". Stem Cells 24 (10): 2292–8. PMID 16778155. 
  15. Subrammaniyan R (2011). "Application of autologous bone marrow mononuclear cells in six patients with advanced chronic critical limb ischemia as a result of diabetes: our experience". Cytotherapy 13 (8): 993–9. PMID 21671823. 
  16. Kane, Ed (2008-05-01). "Stem-cell therapy shows promise for horse soft-tissue injury, disease", DVM Newsmagazine. Vaadatud 2013-10-21. 
  17. "Stem Cell FAQ". US Department of Health and Human Services (14. juuli 2004).
  18. P. De Coppi, G Barstch, Anthony Atala (2007). "Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy". Nature Biotechnology 25 (5): 100–106. PMID 17206138. 
  19. "Vatican newspaper calls new stem cell source 'future of medicine' :: Catholic News Agency (CNA)". Catholic News Agency (3. veebruar 2010). Vaadatud 21.10.2013.
  20. "European Biotech Company Biocell Center Opens First U.S. Facility for Preservation of Amniotic Stem Cells in Medford, Massachusetts", Reuters (2009-10-22). Vaadatud 2013-10-21. 
  21. "Biocell Center Corporation Partners with New England's Largest Community-Based Hospital Network to Offer a Unique... – MEDFORD, Mass., March 8 /PRNewswire/". Massachusetts: Prnewswire.com. Vaadatud 21.10.2013.
  22. Zhao, Yong; Wang, Honglan and Mazzone, Theodore (2006 Aug 1). "Identification of stem cells from human umbilical cord blood with embryonic and hematopoietic characteristics". Exp Cell Res 312 (13): 2454–2464. PMID 16716296. 
  23. Zhao, Yong; Lin, Brian; Darflinger, Robert; Zhang, Yongkang; Holterman, Mark J. and Skidgel, Randal A. (2009 January 19). "Human cord blood stem cell-modulated regulatory T lymphocytes reverse the autoimmune-caused type 1 diabetes in nonobese diabetic (NOD) mice". PLoS One 4 (1): e4226. PMID 19156219. 
  24. "Making human embryonic stem cells", The Economist (2007-11-22). 
  25. Gahrton G, Björkstrand B (2000). "Progress in haematopoietic stem cell transplantation for multiple myeloma". J Intern Med 248 (3): 185–201. PMID 10971785. 
  26. Lindvall O (2003). "Stem cells for cell therapy in Parkinson's disease". Pharmacol Res 47 (4): 279–87. PMID 12644384. 
  27. Goldman S, Windrem M (2006). "Cell replacement therapy in neurological disease". Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361 (1473): 1463–75. PMID 16939969. 
  28. "Stem-cell therapy: Promise and reality." Consumer Reports on Health 17.6 (2005): 8–9. Academic Search Premier. EBSCO. Web. 5 Apr. 2010.
  29. Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM (1998). "Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts". Science 282 (5391): 1145–7. PMID 9804556. 
  30. 30,0 30,1 Shostak S (2006). "(Re)defining stem cells". BioEssays 28 (3): 301–8. PMID 16479584. 
  31. P. De Coppi, G Barstch, Anthony Atala (2007). "Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy". Nature Biotechnology 25 (5): 100–106. PMID 17206138. 
  32. The Nobel prize in physiology or medicine 2007. Nobelprize.org. Kasutatud 21. oktoober 2013.
  33. Conrad S (2008). "Generation of pluripotent stem cells from adult human testis". Nature 456 (7220): 344–9. PMID 18849962. 
  34. "Researchers find new method for turning adult cells into stem cells", Canadian Press, Amherst Daily News (2009-01-03). Vaadatud 2013-10-21. 
  35. "First trial of embryonic stem cells in humans", BBC News (2010-10-11). 
  36. Shtull-Trauring, Asaf (2011-09-06) Israeli scientist leads breakthrough stem cell research on endangered species
  37. Hayashi, K.; Ogushi, S.; Kurimoto, K.; Shimamoto, S.; Ohta, H.; Saitou, M. (2012). "Offspring from Oocytes Derived from in Vitro Primordial Germ Cell-like Cells in Mice". Science 338 (6109): 971–975.
  38. Sample, Ian (2009-03-01). "Anyone for a stem-cell burger?", The Guardian. Vaadatud 2013-10-21. 

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]