Komórki macierzyste to komórki, które mają niewielką lub żadną różnicowanie. Przetłumaczymy tę nieco suchą, naukową formułę, dostrzegając potencjał komórek macierzystych. Z komórek macierzystych mogą powstawać nowe komórki, od komórek skóry, przez mięśnie, aż po komórki wątroby. Są jak szwajcarski scyzoryk, wyposażone we wszystko, co potrzebne nowej komórce. I to czyni je tak wyjątkowymi w organizmie. Inną analogią byłaby karta jokera w grze. Możesz ją zawsze wykorzystać.
W medycynie komórki macierzyste i ich potencjał są znane od dłuższego czasu. Są już stosowane w leczeniu niektórych chorób, takich jak białaczka, z powodzeniem. W tym artykule pokażemy ci również, że istnieją różne rodzaje komórek macierzystych. W wieku wydaje się, że komórki macierzyste nie mogą już działać tak efektywnie jak wcześniej, dlatego wyczerpanie komórek macierzystych zostało uznane za jeden z znaków starzenia się. Przedstawiamy ci tło, wyjaśniamy, czym są nisze komórek macierzystych i dlaczego istnieje „turystyka komórek macierzystych”.
Komórki macierzyste – mniej to nie więcej
Spadek zdolności regeneracyjnej tkanek jest jednym z najbardziej oczywistych cech starzenia się. Przyjrzyjmy się tworzeniu krwi (hematopoeza), które maleje z wiekiem. Ta okoliczność prowadzi do mniejszej produkcji komórek odpornościowych, które mogą dostosować się do ciągle nowych zagrożeń. Świat naukowy posługuje się znanym nam terminem, aby opisać to zjawisko: immunosenescencja. W rezultacie może dojść do anemii lub złośliwych chorób szpiku kostnego
Ten funkcjonalny „ścieranie komórek macierzystych” zaobserwowali badacze u myszy w więcej lub mniej wszystkich miejscach w ciele, gdzie znajdują się komórki macierzyste. Należą do nich na przykład przedni mózg, kości lub włókna mięśniowe. Wszędzie tam stare lub martwe komórki nie mogą być już wystarczająco zastępowane przez nowe komórki.
Badania przeprowadzone na starszych myszach przyniosły dalsze odkrycia w tym kierunku. Tam naukowcy zarejestrowali spadek aktywności cyklu komórkowego w komórkach macierzystych krwi. To jest związane z nagromadzeniem uszkodzeń DNA (zobacz niestabilność genomowa) oraz z hamowaniem cyklu komórkowego (zobacz starzenie komórkowe) przez znane nam już białko p16INK4a razem. Skrócenie telomerów (zobacz ścieranie telomerów) jest również ważną przyczyną.Wszystko to są jednak tylko przykłady znacznie szerszego obrazu tego, co powoduje funkcjonalny spadek populacji komórek macierzystych.
Czy w starszym wieku po prostu mamy za mało komórek macierzystych?
Oczywistym wnioskiem z wyników badań powinno być zatem: W miarę starzenia się liczba komórek macierzystych maleje. Ale czy to prawda?
Nie do końca, gdy przyjrzymy się bliżej komórkom macierzystym, obraz staje się nieco bardziej skomplikowany. Aby to zrozumieć, musisz najpierw wiedzieć, że istnieją różnie potencjalne komórki macierzyste. Najprawdopodobniej najbardziej potencjalną komórką macierzystą jest ta, z której wszyscy się wywodzimy: zygota (krótkie wyjaśnienie: Zygota to połączenie komórki jajowej z plemnikiem)
W naszym dorosłym ciele komórki macierzyste są zorganizowane nieco inaczej, zwykle w formie tzw. nisz komórkowych. Te znajdują się w różnych miejscach, w zależności od tego, gdzie są potrzebne. Nasza skóra posiada kilka nisz komórek macierzystych, ponieważ to stąd dojrzewają nowe komórki. Ale także nasze organy, takie jak wątroba, płuca czy jelita, mają nisze komórek macierzystych. Dokładnie te nisze komórek macierzystych są najwyraźniej szczególnie dotknięte w wieku starszym.
Nisze komórek macierzystych – miejsce starzenia
Weźmy na przykład skórę. W młodym wieku masz duży zapas funkcjonalnych komórek macierzystych w niszy. To one sprawiają, że twoja skóra szybko się odnawia. Szczególnie w przypadku urazów te nisze komórek macierzystych odgrywają szczególną rolę. Nie wszystkie komórki macierzyste w tej niszy są jednakowe. Niektóre są szczególnie pracowite i w znacznym stopniu przyczyniają się do odnowy komórek, podczas gdy inne są raczej leniwe i tylko w niewielkim stopniu przyczyniają się do gojenia ran.
Co się dzieje w wieku starszym? Wydaje się, że całkowita liczba komórek macierzystych wcale się nie zmienia. Jednak brakuje coraz więcej tych szczególnie pracowitych, co powoduje, że wydajność komórek macierzystych w ich niszy maleje. Komórki macierzyste mogą również popaść w rodzaj senescencji, w której są trudne do aktywacji.
Pod mikroskopem wygląda na to, że jest wystarczająco dużo komórek macierzystych, ale w rzeczywistości są one wyczerpane i nie nadążają z produkcją. Rezultat. Kiedy się zranimy w starszym wieku, dostępnych jest mniej pracowitych komórek macierzystych, a proces gojenia ran trwa znacznie dłużej.
Zbyt mało komórek macierzystych – oczywiste rozwiązanie jest zbyt proste
Więc mamy nasze rozwiązanie.Potrzebujemy więcej funkcjonalnych komórek macierzystych, aby móc odnawiać nasze ciało. Niestety, to nie jest takie proste. Zbyt wysoka aktywność komórek macierzystych została powiązana z szybszym starzeniem się. Przekonująco udowodniono to w eksperymencie z komórkami macierzystymi jelit muszek owocowych (Drosophila). Zwiększona podział komórek macierzystych prowadziła do przedwczesnego starzenia się.
A gdy komórki dzielą się w sposób niekontrolowany, mamy na to inna nazwę: rak
Pamiętajmy jeszcze raz o INK4a (zobacz senescencja komórkowa) i IGF-1 (zobacz zdegradowana regulacja składników odżywczych). Dla obu parametrów opisano paradoksalny wpływ w ciągu życia. W wzroście INK4a popycha komórki w stan zatrzymania cyklu komórkowego – dochodzi do senescencji.Również spadek poziomu IGF-1 w surowicy jest związany z obniżeniem zdolności do podziału komórkowego. Oba procesy występują podczas normalnego starzenia się, ale dzieją się w pozytywnym zamiarze. Odbijają one próbę naszego ciała, aby zachować integralność komórek macierzystych. Wiesz? W Hallmarks of Aging często wspomina się o wolnych rodnikach tlenowych. Tak zwane ROS odgrywają podwójną rolę. W młodym wieku mogą być dla nas korzystne, podczas gdy nadmiar ROS może zniszczyć nasze DNA i białka. Tak samo ROS wpływają na komórki macierzyste. Zbyt wiele tych rodników może potencjalnie przyczynić się do wyczerpania komórek macierzystych. Nasze ciało stara się temu zapobiec głównie poprzez tworzenie glutationu .Jeśli chcesz się dowiedzieć więcej, zapraszamy do naszego artykułu o GlyNAC . Tam wyjaśniamy również, dlaczego lepiej nie suplementować glutationu i co aminokwas Glicyna ma wspólnego z tym tematem.
GlyNAC to obiecująca cząsteczka, jeśli chodzi o energię komórkową i biologiczny wiek.
FGF2 – nowy punkt podejścia dla wyczerpanych komórek macierzystych
W poszukiwaniu sposobów na ponowne aktywowanie komórek macierzystych na naszą korzyść, badania skupiły się na białku FGF2. Jest to czynnik wzrostu dla komórek tkanki łącznej. Jeśli poziom FGF2 w organizmie jest wysoki, prowadzi to do wyczerpania starych komórek macierzystych, a tym samym do ograniczenia zdolności regeneracyjnych.
Dobrą wiadomością jest to, że tłumienie tej ścieżki sygnałowej zapobiega temu stanowi. Jest to zatem możliwa strategia terapeutyczna w walce z wyczerpaniem komórek macierzystych.
Jak możemy wzmocnić komórki macierzyste?
Przejdźmy teraz nieco dalej od badań podstawowych i spróbujmy spojrzeć w przyszłość. Wiemy już, że nasze komórki macierzyste w wieku nie są już tak wydajne. Ale skąd to się bierze? Co sprawia, że nasze komórki macierzyste starzeją się?
Możliwe wyjaśnienie dostarcza nieco dziwaczny eksperyment, który omawialiśmy już w 5. Hallmark of Aging. Jeśli zszyjemy dwie myszy, jedną młodą i zdrową, a drugą starą i chorą, otrzymujemy tzw. Parabiozę. Interesujące jest to, że badacze odkryli, iż u starych myszy komórki macierzyste w niszach komórkowych mózgu i w wątrobie ponownie wyraźnie odmłodniały.
Te wyniki można również powtórzyć, gdy starym myszom wstrzykuje się krew młodych myszy, co sugeruje, że nie było wymiany komórek macierzystych, lecz raczej, że w krwi młodych myszy istnieją sygnały molekularne, które sprawiają, że komórki macierzyste stają się młodsze. Które, to wciąż pozostaje pytaniem.
Wiedziałeś? Takie eksperymenty parabiotyczne zawsze wzbudzają duże zainteresowanie w prasie (zobacz z.B. Bryan Johnson eksperyment, w którym poddaje się transfuzji osocza krwi swojego syna). Słusznie w takich działaniach wyrażane są poważne wątpliwości etyczne. Transfuzje krwi nie są pozbawione ryzyka, a „źródło wiecznej młodości” z pewnością nie tkwi w infuzji młodej krwi. Interesujące będzie odkrycie, które dokładne szlaki sygnałowe w młodej krwi odpowiadają za odnawianie komórek macierzystych. Dzięki temu w przyszłości można by opracować nowe metody terapeutyczne.
Czy nie ma innych sposobów?
Na szczęście młoda krew nie jest jedynym sposobem na przywrócenie sił starym komórkom macierzystym. Sport wydaje się być sprawdzonym środkiem, aby ponownie aktywować komórki macierzyste. Ponadto poprawiło post funkcję komórek macierzystych jelit i mięśni w modelu zwierzęcym.
Przypuszczalnie efekt postu polega na regulacji różnych szlaków sygnałowych, głównie szlaku IGF-1 i mTOR. Wykazano również, że mimetyki postu, które działają dokładnie przez tę molekularną oś, mają pozytywne efekty na komórki macierzyste.
Farmakologiczne wpływanie na komórki macierzyste
Na koniec, na agendzie badawczej znalazły się również możliwe interwencje farmakologiczne mające na celu poprawę funkcji komórek macierzystych. Naukowcy szczególnie interesowali się inhibitorem mTOR Rapamycyną – starym znajomym. Cząsteczka ta wywiera swoje działanie poprzez wpływ na proteostazę oraz poprzez pomiar sygnałów energetycznych. Na podstawie tych dwóch mechanizmów w badaniach udało się poprawić funkcję komórek macierzystych w skórze, w układzie krwiotwórczym i w jelitach.
Te odkrycia po raz kolejny pokazują trudne zadanie, jakim jest rozwikłanie molekularnych podstaw aktywności przeciwstarzeniowej rapamycyny. Ponadto jasno pokazuje, jak powiązane są ze sobą cechy starzenia.
Obok rapamycyny warto również wspomnieć o farmakologicznym hamowaniu CDC42 . Ludzkie komórki w stadium senescencji mogły zostać w ten sposób odmłodzone. Ekspresja CDC42, która między innymi bierze udział w kontroli cyklu komórkowego, została również wykazana w pewnym rodzaju raka płuc.
Terapii komórkowej – uwaga na fałszywe obietnice
Jak widzieliśmy, komórki macierzyste są potężnymi pomocnikami w walce ze starzeniem. Jeśli uda nam się odkryć, jak przywrócić tę naturalną zasobę do pełnej mocy, otworzy to przed nami wiele nowych możliwości.
Dokładnie z tą nadzieją istnieją (niestety) pewne czarne owce, które chcą na tym zarobić. W niektórych regionach tego świata, z.B. w Karaibach, reklamuje się terapię komórkami macierzystymi. Od poprawy gojenia ran po terapię nowotworową – obietnice są często wielkie, rzeczywistość jednak często rozczarowująca. FDA, amerykańska agencja ds. leków, wydała nawet oficjalne ostrzeżenie przed takimi oszustwami.
Komórki macierzyste i starzenie: kwestia czasu, a nie kwestia środków
Wyczerpanie komórek macierzystych jest nieodłącznym skutkiem uszkodzeń komórkowych związanych z wiekiem. Nie bez powodu zakłada się, że ten proces jest jednym z głównych powodów starzenia się naszego ciała. Ostatecznie praktycznie wszystkie oznaki starzenia, które do tej pory poznaliśmy, prowadzą do wyczerpania komórek macierzystych. Nowsze badania stanowią obiecującą podstawę do założenia, że odmłodzenie komórek macierzystych może odwrócić starzenie na poziomie organizmu.
Czy te odkrycia stanowią zatem pewnego rodzaju podstawę dla maszyny czasu do powrotu do biologicznej młodości? Chociaż myśl ta może być kusząca dla niektórych, obecnie istnieje zbyt mało dowodów na to. W każdym razie w porównaniu do innych cech charakterystycznych w dziedzinie badań nad komórkami macierzystymi dokonywane są ogromne inwestycje.
Terapie komórkami macierzystymi są już od lat wszechobecne i doprowadziły do drastycznych popraw w leczeniu chorób takich jak białaczka. Ponadto komórkom macierzystym przypisuje się ogromny potencjał w dziedzinie medycyny transplantacyjnej.
Dlatego to mniej kwestia środków, a bardziej kwestia czasu, , zanim wyniki badań nad komórkami macierzystymi przełożą się na temat anti-aging i długości życia. Może w przyszłości nie będziemy musieli się już zastanawiać, jak „przywracać”, gdy możemy również „utrzymywać”.
W następnym artykule z tej serii omówimy dziewiąty znak starzenia się: Zmieniona komunikacja międzykomórkowa.
