Neurální kmenové buňky

Neurální kmenové buňky (NSC) jsou samoobnovující se, multipotentní buňky, které generují hlavní fenotypy nervového systému. V roce 1989 popsala Sally Temple multipotentní, samoobnovující se progenitorové a kmenové buňky v subventrikulární zóně myšího mozku (Temple, S, Nature, 1989). V roce 1992 Brent A. Reynolds a Samuel Weiss jako první izolovali neurální progenitorové a kmenové buňky z dospělé striatální tkáně, včetně subventrikulární zóny – jedné z neurogenních oblastí – mozkové tkáně dospělých myší. Ve stejném roce tým Constance Cepko a Evana Y. Snydera jako první izoloval multipotentní buňky z myšího mozečku a stabilizoval je transfekcí onkogenem v-myc. Zajímavé je, že tato molekula je jedním z genů široce používaných dnes k přeprogramování dospělých nekampových buněk na pluripotentní kmenové buňky. Od té doby byly neurální progenitorové a kmenové buňky izolovány z různých oblastí mozku dospělých, včetně non-neurogenních oblastí, jako je mícha, a z různých druhů včetně lidských.

Epidermální růstový faktor (EGF) a fibroblastový růstový faktor (FGF) jsou mitogeny, které podporují růst nervových progenitorů a kmenových buněk in vitro, i když pro optimální růst jsou potřebné i další faktory syntetizované nervovými progenitory a populacemi kmenových buněk. Existuje hypotéza, že neurogeneze v mozku dospělých pochází z NSC. Původ a identita NSC v mozku dospělých je třeba ještě definovat.

Funkce nervových kmenových buněk (NSC) během onemocnění

NSC mají důležitou roli při vývoji produkující obrovskou rozmanitost neuronů, astrocytů a oligodendrocytů ve vyvíjející se CNS. Mají také důležitou roli u dospělých zvířat, například při učení a hipokampální plasticitě u dospělých myší kromě zásobování neuronů čichové baňky u myší.

Zejména roli NSC během onemocnění nyní objasňuje několik výzkumných skupin po celém světě. Reakce během mozkové mrtvice, roztroušené sklerózy, parkinsonovy nemoci u lidí a v modelu těchto onemocnění jsou součástí současného výzkumu. Výsledky tohoto probíhajícího výzkumu mohou mít budoucí využití při léčbě lidských neurologických onemocnění.

Bylo prokázáno, že neuronové kmenové buňky se podílejí na migraci a náhradě umírajících neuronů v klasických experimentech, které provedli Sanjay Magavi a Jeffrey Macklis. Magavi pomocí laserem indukovaného poškození kortikálních vrstev ukázal, že nervové progenitory SVZ exprimující Doublecortin, kritickou molekulu pro migraci neuroblastů, migrují na velké vzdálenosti do oblasti poškození a diferencují se na zralé neurony exprimující NeuN, široce používaný neuronální marker. Skupina Masata Nakafuku z Japonska navíc poprvé ukázala roli hipokampálních kmenových buněk během mrtvice u myší. Tyto výsledky prokázaly, že NSC se mohou v důsledku poranění zapojit do mozku dospělých. Dále, V roce 2004 na základě rané práce skupiny Evana Syndera, která ukázala, že NSC migrují do mozkových nádorů řízeným způsobem, Jaime Imitola, M.D. a kolegové z Harvardu poprvé demonstrovali, molekulární mechanismus pro reakce NSC na poranění, ukázali, že chemokiny uvolněné během poranění, jako je SDF-1a, jsou zodpovědné za řízenou migraci lidských a myších NSC do oblastí poranění u myší. Od té doby bylo zjištěno, že na reakcích NSC na poranění se podílejí další molekuly. Všechny tyto výsledky byly široce reprodukovány a rozšířeny dalšími výzkumníky, kteří se připojili k klasické práci Altmana a Sidmana v 60. letech jako důkaz reakcí aktivit NSC u dospělých a neurogeneze během homeostázy a poranění. Hledání dalších mechanismů, které fungují v prostředí poranění a jak ovlivňují reakce NSC během akutního a chronického onemocnění, je záležitostí intenzivního výzkumu.

Neurální kmenové buňky jsou rutinně studovány in vitro pomocí metody označované jako Neurosphere Assay (nebo Neurosphere culture system), kterou poprvé vyvinuli Reynolds a Weiss. Neurosfery jsou vnitřně heterogenní buněčné entity téměř zcela tvořené malým zlomkem (1 až 5%) pomalu se dělících nervových kmenových buněk a jejich potomky, populací rychle se dělících nestin-pozitivních progenitorových buněk. Celkový počet těchto progenitorů určuje velikost neurosféry a v důsledku toho mohou rozdíly ve velikosti sféry v rámci různých neurosférických populací odrážet změny v proliferačním, přežití a/nebo diferenciačním stavu jejich neurálních progenitorů. Leone a kol. (2005) dokonce uvedli, že ztráta β1-integrinu v neurosférické kultuře významně neovlivňuje schopnost kmenových buněk s deficitem β1-integrinu vytvářet nové neurosféry, ale ovlivňuje velikost neurosféry: neurosféry s deficitem β1-integrinu byly celkově menší kvůli zvýšené buněčné smrti a snížené proliferaci.

Zatímco metoda Neurosphere Assay byla zvolenou metodou izolace, expanze a dokonce i výčtu nervových kmenových a progenitorových buněk, několik nedávných publikací upozornilo na některá omezení neurosférického kultivačního systému jako metody pro stanovení frekvencí nervových kmenových buněk. Ve spolupráci s Reynoldsem vyvinula společnost STEMCELL Technologies pro kvantifikaci nervových kmenových buněk metodu založenou na kolagenu nazvanou NCFC (Neural Colony-Forming Cell Assay). Důležité je, že tato metoda umožňuje diskriminaci mezi nervovým kmenovým a progenitorovým buňkám.

Instituty neuronových kmenových buněk

Poškozená tkáň centrálního nervového systému (CNS) má velmi omezenou regenerační a opravárenskou kapacitu, takže ztráta neurologických funkcí je často chronická a progresivní. Náhrada buněk z kmenových buněk je aktivně prosazována jako terapeutická možnost. Nedávno v roce 2009 byl mimo Albany v New Yorku založen výzkumný ústav zaměřený výhradně na převádění výzkumu nervového kmene do terapií pro pacienty, The Neural Stem Cell Institute.

Trichocyt · Keratinocyt

přední hypofýza (Gonadotrop, Kortikotrop, Thyrotrope, Somatotrop, Lactotroph)

Chromaffinová buňka · Parafolikulární buňka

Melanoblast → Melanocyt (Nevusova buňka)Merkelova buňka

Odontoblast · Cementoblast

glia: Schwannova buňka · Satelitní gliální buňka

Oligodendrocytární progenitor → Oligodendrocyt · Astrocyt · Ependymální buňka · Pinealocyt