Komórki macierzyste ścięgien
Monika Maleszewska | 2007-10-19
Naprawa ścięgien wciąż stanowi wyzwanie dla medycyny regeneracyjnej, podczas gdy ich urazy wskutek nadwerężenia lub degeneracji związanej z wiekiem są dość powszechne i wymagają efektywnego działania. Jak w przypadku wielu innych chorób, nadzieję na rozwiązanie tych trudności przynoszą komórki macierzyste.
Coraz więcej dowodów zdaje się wskazywać na obecność w ścięgnach multipotencjalnych komórek. Autorzy pracy z Nature Medicine z października 2007 zidentyfikowali te komórki i wykazali ich macierzysty charakter - udowodnili ich zdolność do tworzenia kolonii, samoodnowy oraz wytwarzania komórek różnicujących w różne typy komórek dojrzałych. Ze względu na pewną heterogeniczność pod względem tych cech w hodowli in vitro, nazwali je komórkami macierzystymi/progenitorowymi ścięgien (TSPCs, ang. tendon stem/progenitor cells).
Ścięgna są tkanką zbudowaną z przeplatających się włókien kolagenowych, pomiędzy którymi rezydują komórki ścięgien produkujące specyficzną macierz zewnątrzkomórkową (ECM - ang. extracellular matrix), złożoną głównie z kolagenów i proteoglikanów.
Zadaniem ścięgien jest łączenie mięśni i kości - to właśnie one przenoszą siłę skurczu mięśni na kość, umożliwiając ruch. Urazy ścięgien należą do częstych kontuzji, ale ich uszkodzenia mogą być także wynikiem procesów starzenia się organizmu. W obu przypadkach regeneracja uszkodzonej tkanki jest długotrwała i nie zawsze zupełna, a w dodatku może dochodzić do patologicznych zmian struktury ścięgna, np. powstawania skostnień. Dlatego dużą nadzieją dla leczenia tego typu urazów jest inżynieria tkankowa oraz terapia komórkowa. Stąd też wynika konieczność dokładniejszego poznania komórek budujących ścięgna oraz ich prekursorów, zdolnych tkankę ścięgna odnawiać.
Tym ważniejsze wydaje się więc, iż zidentyfikowane przez autorów opisywanej publikacji komórki, zarówno te pochodzące od myszy, jak i od człowieka, potwierdziły swój charakter również w testach na specjalnych podłożach imitujących naturalne mikrośrodowisko komórek, np. na Matrigelu. W takich warunkach komórki, zarówno mysie, jak i ludzkie, tworzyły struktury przypominające ścięgno, wykazujące specyficzne dla ścięgien ułożenie włókien kolagenowych oraz dużą zawartość kolagenu typu I. Komórki transformowano uprzednio GFP, stąd jego obecność w komórkach w rozwijających się strukturach potwierdziła ich pochodzenie. Ponadto odpowiednio aktywowane mysie TSPCs, wszczepiane podskórnie myszom o obniżonej odporności, również wytwarzały charakterystyczne kostno-chrzęstne struktury. Co ciekawsze, podobne zachowanie (w nieco odmiennych warunkach przeszczepu) wykazały ludzkie TSPCs, mimo, że dla nich środowisko organizmu myszy było zupełnie heterogeniczne.
Same komórki to jednak nie wszystko. W badaniach nad liniami komórkowymi, w tym komórkami macierzystymi, coraz większą uwagę zwraca się na mikrośrodowisko, w jakim te komórki znajdują się in vivo – tzw. niszę. Okazuje się, że oddziaływania komórek z ich otoczeniem jest kluczowe dla ich rozwoju i funkcjonowania. In vitro obserwuje się np. zróżnicowane zachowanie komórek (wzrost, dyferencjacja) w zależności od podłoża, na jakim rosną. In vivo sprawa jest dalece bardziej skomplikowana – funkcjonowanie komórek zależy od ich wzajemnych oddziaływań (komórka-komórka) oraz od bardzo wielu substancji znajdujących się w macierzy zewnątrzkomórkowej, wydzielanych przez inne komórki, bądź docierających do tkanki endokrynnie. Dlatego też charakterystyka nie tylko samych komórek, ale także ich niszy oraz znalezienie substancji kluczowych dla ich rozwoju są tak ważne, jeżeli chcemy być w stanie stosować je w terapii.
W przypadku komórek macierzystych/progenitorowych ścięgien bardzo istotny wpływ ma macierz zewnątrzkomórkowa i zawarte w niej związki. Autorzy przytoczonej pracy postulują szczególny udział dwóch z nich w regulacji funkcjonowania tych komórek: Bgn i Fmod. Związki te są małymi proteoglikanami o wysokim stopniu ekspresji w ścięgnach. Ich istotną rolę w funkcjonowaniu TSPCs potwierdziły badania na myszach modyfikowanych genetycznie. Brak tych czynników prowadził do strukturalnej dezintegracji ścięgna, TSPCs zaś wykazywały wzmożoną proliferację, przy upośledzonej zdolności dyferencjacji. Najogólniej rzecz biorąc, skutkuje to wytworzeniem nieprawidłowej struktury ścięgna, które szybko ulega procesom kostnienia. Może to tłumaczyć zjawisko ektopowego kostnienia zachodzące po urazach ścięgien, jako powodowane zaburzeniem przez uraz niszy komórek macierzystych ścięgna.
Reasumując, komórki macierzyste/progenitorowe ścięgien stanowią kolejną grupę komórek o potencjalnym zastosowaniu terapeutycznym w schorzeniach, które jak dotąd nie są wystarczająco efektywnie leczone. Ponadto ich zależność od niszy, w tym przypadku wyjątkowo bogatej w ECM, stanowi kolejny dowód na jej kluczową rolę w kontrolowaniu funkcjonowania komórek macierzystych.
Źródło:
Yanming Bi, Driss Ehirchiou, Tina M Kilts, Colette A Inkson, Mildred C Embree, Wataru Sonoyama, Li Li, Arabella I Leet, Byoung-Moo Seo, Li Zhang, Songtao Shi & Marian F Young Identification of tendon stem/progenitor cells and the role of the extracellular matrix in their niche, Nature Medicine, October 2007, vol. 13, no 10, pp 1219 – 1227.