© Borgis - Nowa Pediatria 1/2013, s. 30-34
*Katarzyna Pawelec1, Irena Bonk2, Dariusz Boruczkowski3
Możliwości zastosowania komórek macierzystych w leczeniu cukrzycy typu 1
Possibility of using stem cells to treat type 1 diabetes
1Katedra i Klinika Pediatrii, Hematologii i Onkologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny
Kierownik Katedry i Kliniki: prof. dr hab. Michał Matysiak
2Opieka Domowa „SALUS” S.A., Rybnik
Kierownik: mgr Violetta Dytko
3NZOZ – Polski Bank Komórek Macierzystych S.A., Warszawa
Kierownik: dr n. biol. Tomasz Ołdak
Summary
Type 1 diabetes despite treatment with insulin is still a difficult-to-treat disease, which causes many complications. Due to increasing incidence diabetes was considered to be a disease of civilization. Diabetes type 1 is a metabolic disease caused by chronic immune attack on the insulin-producing cells in the pancreas. In the search for new treatments for the disease attention was paid to its autoimmune pathogenesis and possibility of the treatment by destroying autoreactive clones and then regeneration of new pancreas cells. Stem cells (SCs) with their ability to regenerate and differentiate into various organs may be the future of diabetes treatment. SCs can restore peripheral tolerance to pancreatic β-cells by converting the immune response and inhibition of T lymphocytes. In addition, insulin-producing cells originating from SCs reduce hyperglycemia and insulin requirement. Currently, there are various possibilities of using SCs from different sources. This paper presents the possibility of using SCs in the treatment of type 1 diabetes.
Medycyna regeneracyjna obecnie zajmuje się wykorzystaniem komórek macierzystych (KM) w terapii uszkodzonych narządów i tkanek (1, 2). Podawanie zawiesiny KM, ukierunkowanych dla danego narządu, które będą miały za zadanie regenerację/odbudowę uszkodzonych organów, będzie w przyszłości wypierało przeszczepianie całych narządów (1-3). Największe nadzieje pokłada się w wykorzystaniu KM w leczeniu zawału mięśnia sercowego, udaru mózgu, parkinsonizmu, cukrzycy, dystrofiach mięśniowych, toksycznym uszkodzeniu wątroby i nerek (3-6). Koncepcja wykorzystania komórek macierzystych w klinice pojawiła się najpierw w hematologii. Od około 40 lat wykorzystuje się bowiem krwiotwórcze komórki macierzyste (KKM) w leczeniu szeregu chorób układu krwiotwórczego. Istnieją trzy, obecnie standardowo stosowane w medycynie, źródła KKM: szpik kostny, krew obwodowa i krew pępowinowa (5-8). Coraz częściej jednak w medycynie zaczyna być stosowana druga pula multipotentnych komórek macierzystych – MKM. Mezenchymalne komórki macierzyste, w liczbie umożliwiającej zastosowanie lecznicze, zostały wyizolowane między innymi z galarety Whartona (Wharton jelly), opisanej po raz pierwszy przez doktora Thomasa Whartona w 1656 roku (6).
Komórki macierzyste to komórki posiadające zdolność do samoodnawiania oraz różnicowania się w komórki potomne. Pula komórek macierzystych utrzymuje w równowadze liczbę komórek somatycznych organizmu (1, 3, 5, 7).
Ze względu na zdolność do różnicowania, komórki macierzyste dzieli się na:
– totipotentne – takie, które mogą ulec zróżnicowaniu do każdego typu komórek, w tym komórek tworzących łożysko,
– pluripotentne – takie, które mogą dać początek każdemu typowi komórek dorosłego organizmu z wyjątkiem komórek łożyska,
– multipotentne – takie, które mogą dać początek kilku różnym typom komórek, z reguły o podobnych właściwościach i pochodzeniu embrionalnym,
– unipotentne, inaczej komórki prekursorowe – mogą różnicować się tylko do jednego typu komórek.
Komórki macierzyste mogą pochodzić z komórek embrionalnych lub somatycznych (1, 6). Embrionalne komórki macierzyste (ESC) wyprowadzone są z komórek embrionalnych. Mogą być totipotentne (gdy pochodzą z kilkukomórkowego embrionu) lub pluripotentne (gdy pochodzą z węzła zarodkowego blastocysty). Natomiast somatyczne (dorosłe) komórki macierzyste znajdowane są w tkankach dorosłych organizmów. Są to komórki multipotentne, jak np. komórki hematopoetyczne lub unipotentne, np. mięśniowe komórki satelitarne. Należy pamiętać, iż przy wykorzystywaniu embrionalnych komórek macierzystych jest ryzyko powstania potworniaków, musi być dawca komórki jajowej, jest problem zgodności tkankowej (gdy izolacja jest z zarodków powstałych z zapłodnienia in vitro) i są oczywiście zastrzeżenia natury etycznej (1-3).
Ze względów etycznych i technicznych znacznie trudniej jest uzyskać od zdrowych dawców komórki macierzyste np. mięśni szkieletowych, mięśnia sercowego, wątroby, wysepek trzustki lub ośrodkowego układu nerwowego w ilościach pozwalających na ich potencjalne wykorzystanie terapeutyczne. Z tego powodu w ostatnich latach pojawiły się koncepcje wykorzystania terapeutycznego bardziej prymitywnych pluripotencjalnych komórek macierzystych (PKM), które mają zdolność różnicowania się we wszystkie komórki zarodka będących tym samym ukierunkowanymi tkankowymi komórkami macierzystymi (UTKM) (1, 6, 7).
Obecnie są cztery źródła pluripotencjalnych komórek macierzystych (PKM):
1. Pluripotencjalne komórki macierzyste izolowane z zarodków (komórki macierzyste embrionalne). Komórki takie można pozyskać z rozwijającego się zarodka w stadium moruli lub blastocysty. W tym celu wykorzystuje się np. zamrożone wczesne „nadliczbowe” morule, przechowywane w klinikach, gdzie wykonuje się zapłodnienia in vitro. Wykorzystując takie zarodki, uzyskano pierwsze ustalone ludzkie linie komórek embrionalnych (1, 6). Wykorzystanie tych linii jest regulowane w poszczególnych krajach Europy czy Ameryki Płn. zgodnie z prawem obowiązującym w danym państwie (1-3, 6).
2. Pluripotencjalne komórki macierzyste uzyskiwane w wyniku klonowania terapeutycznego.
Klonowanie terapeutyczne polega na utworzeniu in vitro komórki, która jest równa pod względem potencjału rozwojowego zygocie (9). Komórka taka zwana jest klonotą. Podczas tworzenia klonoty stosuje się cytoplazmę komórki jajowej, z której uprzednio usuwa się jądro posiadające połowę (haploidalną liczbę) chromosomów. Do pozbawionej jądra komórki jajowej wprowadza się jądro dojrzałej komórki somatycznej (np. jądro fibroblastu lub limfocytu), która posiada pełen garnitur chromosomalny. Wszystkie chromosomy (zestaw diploidalny), w tym niosące geny zgodności tkankowej, pochodzą z komórki somatycznej będącej dawcą jądra komórkowego (1, 2, 9).
3. Pluripotencjalne komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek.
Dorosłe komórki macierzyste, chociaż posiadają ograniczoną zdolność różnicowania w różne tkanki, mają przewagę nad komórkami embrionalnymi w zastosowaniu klinicznym. Po pierwsze nie tworzą potworniaków, a po drugie mogą być pobrane z własnego organizmu pacjenta, dzięki czemu nie istnieje ryzyko ich odrzucenia. Dodatkowo, pozyskanie dorosłych komórek macierzystych nie wiąże się ze zniszczeniem embrionu, nie wywołuje zatem protestów o naturze etycznej. Ogromne nadzieje pokładano więc w potencjalnym zastosowaniu krwiotwórczych komórek macierzystych izolowanych ze szpiku kostnego, mobilizowanej krwi obwodowej oraz krwi pępowinowej, w terapiach regeneracyjnych uszkodzonych narządów i tkanek. Szereg artykułów naukowych sugerowało teorię plastyczności KKM oraz donosiło o pozytywnych wynikach wykorzystania tych komórek w zwierzęcych modelach regeneracyjnych w zawale serca, udarze mózgu, mechanicznym uszkodzeniu rdzenia kręgowego oraz toksycznym uszkodzeniu wątroby (1-4, 6, 7).
4. Pluripotencjalne komórki macierzyste uzyskane w wyniku transformacji komórek somatycznych (indukowane PKM).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
24 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
59 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
119 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 28 zł
Piśmiennictwo
1. Ratajczak MZ, Zuba-Surma E, Ratajczak J: Komórki macierzyste – blaski i cienie. Acta Haematologica Polonica 2009; 40(2): 289-303. 2. Lo B, Kriegstein A, Grady D: Clinical trials in stem cell transplantation: guidelines for scientific and ethical review. Clin Trials 2008; 5: 517-522. 3. Lo B, Zettler P, Cedars MI et al.: A new era in the ethics of human embryonic stem cell research. Stem Cells 2005; 23: 1454-1459. 4. Zhu WZ, Hauch KD, Xu C, Laflamme MA: Human embryonicstem cells and cardiac repair. Trans-plant Rev (Orlando) 2009; 23: 53-68. 5. Petersen BE, Bowen WC, Patrene KD et al.: Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells. Science 1999; 284: 1168-1170. 6. Fiorina P, Voltarelli J, Zavazava N: Immunological applications of stem cells in type 1 diabetes. Endocr Rev 2011; 32(6): 725-754. 7. Orkin SH, Zon LI: Hematopoiesis and stem cells: plasticity versus developmental heterogeneity. Nat Immunol 2002; 3: 323-328. 8. Wagers AJ, Sherwood RI, Christensen JL, Weissman IL: Little evidence for developmental plasticity of adult hematopoietic stem cells. Science 2002; 297: 2256-2259. 9. Markoulaki S, Meissner A, Jaenisch R: Somatic cell nuclear transfer and derivation of embryonic stem cells in the mouse. Methods 2008; 45: 101-114. 10. Rewers M, Krętowski A: Epidemiologia cukrzycy typu 1. [W:] Sieradzki J: Cukrzyca. Via Medica, Gdańsk 2006; 151. 11. Krętowski A, Kowalska I, Peczyńska J: The large increase in incidence of type 1 diabetes mellitus in Poland. Diabetologia 2001; 3: 48-50. 12. Mehers KL, Gillespie KM: The genetic basis for type 1 diabetes. Br Med Bull 2008; 88: 115-129. 13. Patterson CC, Dahlquist GG, Gyürüs E et al.: Incidence trends for childhood type 1 diabetes in Europe during 1989-2003 and predicted new cases 2005-20: a multicentre prospective registration study. Lancet 2009; 373(9680): 2027-2033. 14. Peng H, Hagopian W: Environmental factors in the development of type 1 diabetes. Rev Endocr Metab Disord 2006; 7: 149-162. 15. Truyen I, De Grijse J, Weets I et al.: Identification of prediabetes in first-degree relatives at intermediate risk of type 1 diabetes. Clin Exp Immunol 2007; 149: 243-250. 16. Guo LH, Achenbach P: Tracing the pathogenesis of type 1 diabetes: a raport on the 44th Annual Meeting of the European Association for the Study of Diabetes (EASD). Rev Diabet Stud 2008; 5: 171-174. 17. Scholin A, Berne C, Schvarcz E: Factors appropriate use of B-cell function testing in the preclinical period of type 1 diabetes. Diabetic Med 1991; 8: 800-804. 18. Sosenko JM, Palmer JP, Greenbaum CJ: Patterns of metabolic progression to type 1 diabetes in the Diabetes Prevention Trial – Type 1. Diabetes Care 2006; 29: 643-649. 19. Bingley PJ, Gale EA, European Nicotinamide Diabetes Intervention Trial (ENDIT) Group: Progression to type 1 diabetes in islet cell antibody-positive relatives in the European Nicotinamide Diabetes Intervention Trial: the role of additional immune, genetic and metabolic markers of risk. Diabetologia 2006; 49: 881-890. 20. Atkinson MA: Thirty years of investigating the autoimmune basis for type 1 diabetes: why can´t we prevent or reverse this disease? Diabetes 2005; 54: 1253-1263. 21. Couri CE, Voltarelli JC: Stem cell therapy for type 1 diabetes mellitus: a review of recent clinical trials. Diabetol Metab Syndr 2009 Oct 16; 1(1): 1-19. 22. Voltarelli JC, Couri CE, Stracieri AB et al.: Autologous nonmyeloablative hematopoietic stem cell transplantation in newly diagnosed type 1 diabetes mellitus. JAMA 2007; 297: 1568-1576. 23. Voltarelli JC, Couri CE, Stracieri AB et al.: Autologous hematopoietic stem cell transplantation for type 1 diabetes. Ann NY Acad Sci 2008; 1150: 220-9. 24. Snarski E, Torosie T, Paluszewska M et al.: Alleviation of exogenous insulin requirement in type 1 diabetes mellitus after immunoablation and transplantation of autologous hematopoietic stem cells. Pol Arch Med Wewn 2009; 119(6): 422-425. 25. Snarski E, Milczarczyk A, Torosian T et al.: Independence of exogenous insulin following immunoablation and stem cell reconstitution in newly diagnosed diabetes type I. Bone Marrow Transplantation 2011; 46: 562-566. 26. Milczarczyk A, Starski E, Jędrzejczak WW, Franek E: Immunoablacja i przeszczepienie własnych komórek krwiotwórczych – nowa metoda leczenia świeżo rozpoznanej cukrzycy typu 1. Postępy Nauk Medycznych 2009; 10: 834-839. 27. Burt RK, Loh Y, Pearce W et al.: Clinical applications of blood-derived and marrow-derived stem cells for nonmalignant diseases. JAMA 2008; 299: 925-936. 28. Nathan DM: Long term complications of diabetes mellitus. N Engl J Med 1999; 328: 1676-1685. 29. Huang J, Butler AE, Moran A et al.: A low frequency of pancreatic islet insulin-expressing cells derived from cord blood stem cell allografts in humans. Diabetologia 2011 May; 54(5): 1066-1074. 30. Haller MJ, Wasserfall CH, McGrail KM et al.: Autologous umbilical cord blood transfusion in very young children with type 1 diabetes. Diabetes Care 2009; 32: 2041-2046. 31. Francese R, Fiorina P: Immunological and regenerative properties of cord blood stem cells. Clin Immunol 2010; 136: 309-322. 32. Yoshida S, Ishikawa F, Kawano N et al.: Human cord blood-derived cells generate insulin-producing cells in vivo. Stem Cells 2005; 23: 1409-1416. 33. Denner L, Bodenburg Y, Zhao JG et al.: Directed engineering of umbilical cord blood stem cells to produce C-peptide and insulin. Cell Prolif 2007; 40: 367-380. 34. Sun B, Roh KH, Lee SR et al.: Induction of human umbilical cord blood-derived stem cells with embryonic stem cell phenotypes into insulin producing islet-like structure. Biochem Biophys Res Commun 2007; 354: 919-923. 35. Gao F, Wu DQ, Hu YH et al.: In vitro cultivation of islet-like cell clusters from human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells. Transl Res 2008; 151: 293-302. 36. Hu YH, Wu DQ, Gao F et al.: Notch signaling: a novel regulating differentiation mechanism of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells into insulin-producing cells in vitro. Chin Med J (Engl) 2010; 123: 606-614.
