Jak komórki macierzyste odbudowują rogówkę

Od jakiegoś już czasu regenerację rogówki oka przypisuje się swoistym komórkom macierzystym. Najnowsze badania pokazują jednak, że proces ten może się odbywać w inny sposób, niż dotychczas sądzono.

Praca Yann Barrandon i współpracowników z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii rzuca nowe światło na mechanizm odnawiania rogówki oka przez rezydujące w rąbku rogówki komórki macierzyste. Co więcej, badacze wykazali, że komórki takie występują także w samej rogówce, dzięki czemu mogą ją w normalnych warunkach skutecznie i na bieżąco regenerować.

Rogówka stanowi wypukłą przeźroczystą przednią część gałki ocznej. Jak nietrudno zgadnąć, jeżeli traci ona swoją przeźroczystość, prowadzi to do upośledzenia zdolności widzenia. Około 45 mln ludzi na świecie utraciło w ten sposób wzrok całkowicie, a 3 razy tyle cierpi z powodu znacznego upośledzenia widzenia. Pośród metod leczenia zagościła niedawno terapia komórkowa z wykorzystaniem komórek macierzystych. Stąd zainteresowanie nauki poznaniem dokładnych mechanizmów ich działania oraz zlokalizowaniem miejsc, w których rezydują.

Rogówka składa się z dwóch warstw nabłonka sąsiadujących z blaszkami granicznymi, przestrzeń pomiędzy którymi wypełniona jest istotą właściwą rogówki, złożoną głównie z kolagenu i pewnych typów komórek. W dalszych strefach gałki ocznej rogówka przechodzi w spojówkę, pokrywającą twardą, białą część oka. Pomiędzy rogówką a spojówką istnieje jednak rodzaj strefy przejściowej łączącej obie struktury – rąbek rogówki, który to uważa się za miejsce przebywania i punkt wyjścia dla migracji komórek macierzystych odnawiających rogówkę.

Jak pokazały badania zespołu Barrandon, choć komórki macierzyste są faktycznie obecne w rąbku rogówki, to migrują stamtąd i uczestniczą w regeneracji tylko w przypadku silnego zapotrzebowania, np. gdy rogówka ulegnie mechanicznemu bądź chemicznemu uszkodzeniu. Wykazano to poprzez eksperymenty transplantacyjne: myszy zmodyfikowane tak, by ich komórki produkowały niebieski barwnik, stały się dawcami komórek; komórki te wszczepiono zwykłym myszom do rąbka rogówki. Gdyby komórki migrowały stamtąd na rogówkę, można by było to zaobserwować, gdyż wyróżniałyby się swoją niebieską barwą. Tak się jednak nie stało. Dopiero zranienie rogówki wywoływało migrację komórek z rąbka i regenerację z ich udziałem.

Wiemy jednak, że tak jak inne struktury nabłonkowe, nabłonki płaskie rogówki muszą być nieustannie odnawiane. Jak zatem dochodzi do ich regeneracji w warunkach, gdy rogówka nie ulega uszkodzeniom, a nabłonek zużywa się w sposób naturalny? Fakt, że zachodziło to bez pomocy komórek z rąbka rogówki, sugerował, iż odpowiedzialne za to komórki znajdują się w samej rogówce. Hipotezę taką potwierdziły kolejne eksperymenty, w których zniszczono zupełnie komórki rąbka rogówki. Wbrew przypuszczeniom, nie doprowadziło to do zaburzeń budowy rogówki – była ona wciąż prawidłowo regenerowana, co sugerowało jej własną, wewnętrzną zdolność do samoodnowy. Ponadto w innych jeszcze doświadczeniach, do rąbka zwykłych myszy wszczepiono komórki produkujące barwnik, ale pobrane właśnie z rogówki. Okazało się, że w wypadku zranienia spełniają one swoją regeneracyjną funkcję równie dobrze, jak komórki rąbka – migrują i odtwarzają rogówkę. Oznacza to, że cała rogówka zawiera rozproszone w niej komórki macierzyste o takim samym potencjale jak komórki znajdujące się w rąbku rogówki, i to one odpowiadają za jej bieżącą regenerację.

Badania na mysim modelu wymagają jednak weryfikacji na wyższych ssakach i wreszcie na komórkach ludzkich. Komórki o dużym potencjale proliferacyjnym i zdolności tworzenia kolonii udało się wyizolować m.in. z rogówek świni. Również dla ludzkich komórek eksperymenty takie były pomyślne. Dawcy nie mieli jednak więcej niż 4 lata, w związku z czym otwarte pozostaje pytanie, czy w dorosłym organizmie człowieka komórki macierzyste rogówki nie zmieniają swoich właściwości i nie funkcjonują w odmienny sposób.

Tak jednak w przypadku rogówki, jak i szeregu innych tkanek, badania wyjaśniające mechanizmy ich regeneracji mogą przyczynić się do skuteczniejszej walki z licznymi chorobami.

Źródło:
1. Monya Baker Corneal stem cells, no exceptions, Nature Reports Stem Cells, 9.10.2008, doi:10.1038/stemcells.2008.133.
2. Majo F et al. Oligopotent stem cells are distributed throughout the mammalian ocular surface. Nature, 01.10.2008, doi:10.1038/nature07406.
3. Wikipedia.