Mezenchymální kmenové buňky (MSC) byly dlouho považovány za účinný nástroj pro regenerativní buněčnou terapii. MSC jsou snadno dostupné z tkáně zdravého dárce i pacienta a lze je in vitro používat na široké terapeutické škále bez výrazných etických problémů. Terapie založené na MSC se ukázaly jako účinné v preklinických studiích týkajících se onemocnění mrtvice, infarktu myokardu, pulmonární fibrózy, autoimunitních poruch a mnoho dalších. V současné době prochází klinickým hodnocením v řadě středisek po celém světě. MSC jsou také rozsáhle zkoumány jako terapeutický nástroj proti neurodegenerativním onemocněním, jako je Alzheimerova choroba (AD), Parkinsonova choroba, amyotrofická laterální skleróza, Huntingtonova choroba a roztroušená skleróza.

Neurodegenerativní onemocnění jsou chronická a akutní onemocnění, která postihují různé části centrálního nervového systému (CNS) a způsobují ztrátu nervových a gliových buněk v mozku a míše. Neurony patří spolu s gliovými buňkami, tj. astrocyty, oligodendrocyty a jejich prekurzory k hlavním buněčným elementům CNS. Bylo vypočteno, že na jeden neuron v CNS připadá asi 10 gliových buněk, přičemž neuroglie zabírá 50 % z celkového objemu mozku. Řada proteinů a enzymů se nachází téměř výlučně v gliových buňkách, a proto se lze domnívat, že kromě neuronů, které se v CNS podílejí na přenosu signálů, gliové buňky zajišťují další specializované funkce.

Ztráta neuronů je hlavním patologickým důsledkem mnoha běžných neurologických poruch, včetně ischemie, traumatického poškození mozku a Alzheimerovy choroby. Alzheimerova choroba je nemoc s významnými klinickými a socioekonomickými dopady. Jde o běžné senilní onemocnění u lidí starších 65 let a způsobuje poškození charakterizované poklesem mentálních funkcí, včetně ztráty paměti a kognitivních funkcí a ovlivňuje kvalitu života pacientů.

Léčbě pomocí kmenových buněk byla věnována značná pozornost, nicméně zbývá určit, zda kmenové buňky mohou zlepšit dysfunkci paměti, což je devastující součástí neurodegenerativních poruch.

V souvislosti s neurodegenerativními chorobami jsou kmenové buňky sledovány pro jejich schopnost transdiferenciace do nervových buněk za specifických podmínek a jejich neuroprotektivní a imunomodulační efekty. Při transplantaci do mozku produkují kmenové buňky neurotrofní a růstové faktory, které ochraňují a indukují regeneraci poškozené tkáně. Kmenové buňky slouží jako potenciální terapeutický zdroj neuronů k nahrazení poškozených nebo ztracených buněk při různých neurologických onemocněních.

Studie využívající kmenové buňky naznačují příslib pro potenciální zlepšení paměti lidí, kteří trpí Alzheimerovou chorobou. Ke zjištění, zda by kmenové buňky mohly opravdu pomoci se zlepšením paměti, vědci využili jako pokusný model geneticky upravenou myš, které následně do mozku injikovali nervové kmenové buňky.

Před transplantací se vlastnosti kmenových buněk dají obměňovat metodami genetického inženýrství. Cílenými změnami v genetickém kódu mohou kmenové buňky získat nové vlastnosti, které zvýší jejich životaschopnost nebo urychlí jejich pohyb v hostitelském prostředí, a tím usnadní osídlování poškozených oblastí. Kmenové buňky lze také vést k časovanému dozrávání do žádoucích buněčných typů. Diferenciace transplantovaných buněk se dá pozdržet tak, aby k ní došlo, jen když hostitel začne strádat. Tato strategie by se mohla uplatnit u geneticky vázaných onemocnění, například při Alzheimerově chorobě, kdyby byly buňky transplantovány pacientům ještě před vypuknutím choroby.

Z výsledků studie bylo patrné, že jeden měsíc po obdržení kmenových buněk se myším výrazně zlepšila paměť. Vědci se domnívají, že kmenové buňky obsahují protein, který zlepšuje nervové spojení, což má za výsledek zlepšení kognitivních funkcí.

Ale jak to celé funguje?

Z výsledků testů byli vědci překvapeni. Mysleli si, že nervové kmenové buňky by se mohly stát novými neurony. Nebo si mysleli, že kmenové buňky umí redukovat plaky, které jsou klasickými příznaky Alzheimerovy choroby. Ani tomu tak nebylo. Ve skutečnosti se z neuronů stalo méně než deset procent kmenových buněk. Kmenové buňky místo toho produkovaly speciální protein, který vyvolává růst nových neuritů, což jsou dlouhé výběžky nervové buňky (neuronu). Tyto neurity vyrostly z tkáně, která byla již v mozku, a výrazně posílily spojení mezi mozkovými neurony. K potvrzení těchto výsledků vědci odstranili protein z nervových kmenových buněk a růst nových neuritů byl zastaven.

Vědci se v této studii také pokusili injekčně podávat myším pouze protein. Ačkoli myši vykazovaly jisté zlepšení, nebylo tak veliké, jako když dostávaly přímo nervové kmenové buňky. Zdá se, že injekce nervových kmenových buněk nabízí delší a pravidelnější přísun tohoto důležitého proteinu.

Těmto novým zjištěním se vědci stále snaží porozumět. Zdá se, že plaky, které jsou pozorovány u pacientů s Alzheimerovou chorobou, nejsou klíčovou oblastí, na kterou je třeba se zaměřit, pokud jde o demenci. Důležitá je ztráta spojení z jednoho neuronu do druhého v mozku. Toto tvrzení dává smysl tomu, co již víme o kmenových buňkách injikovaných do mozku. Tyto nervové kmenové buňky fungují jako pomocná ruka, aby povzbudily mozek k vytvoření nových synapsí. Kmenové buňky také pomohly opravit ty neurony, které byly poškozeny nemocí.

Závěr

Vzhledem k tomu, že výskyt Alzheimerovy choroby stále roste, zůstává klíčem hledání způsobů, jak snížit poškození mozku. Jak výzkum kmenových buněk roste, jednoho dne můžeme aplikovat léčbu pomocí nervových kmenových buněk těm, kteří to potřebují, včetně zvířat s poškozenou pamětí.

 

Zajímá vás problematika kmenových buněk? Máme pro vás zajímavou pozvánku: Pozvánka na workshop "Kmenové buňky v praxi"

Ing. Petra Černá působí jako odborný asistent projektu Avecell. AVECELL® je veterinární projekt Medicínského centra Praha, v němž se tým odborníků zaměřuje na výzkum a využití nových metod léčby pomocí aplikace kmenových buněk ve veterinární medicíně.

Medicínské centrum Praha získalo povolení pro výrobu veterinárního léčivého přípravku (autologní mezenchymální kmenové buňky) od Ústavu pro státní kontrolu veterinárních biopreparátů a léčiv (ÚSKVBL) v květnu 2015.

Zdroje

• BABAEI, Parvin; SOLTANI TEHRANI, Bahram; ALIZADEH, Arsalan. Transplanted bone marrow mesenchymal stem cells improve memory in rat models of Alzheimer's disease. Stem Cells International, 2012, 2012.
• BERDUGO-VEGA, Gabriel, et al. Increasing neurogenesis refines hippocampal activity rejuvenating navigational learning strategies and contextual memory throughout life. Nature communications, 2020, 11.
• GOTTLIEB, David I.; HUETTNER, James E. An in vitro pathway from embryonic stem cells to neurons and glia. Cells Tissues Organs, 1999, 165.3-4: 165-172.
• GRITTI, Angela, et al. Excitable properties in astrocytes derived from human embryonic CNS stem cells. European Journal of Neuroscience, 2000, 12.10: 3549-3559.
• LEE, Hyun Ju, et al. Human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells improve neuropathology and cognitive impairment in an Alzheimer's disease mouse model through modulation of neuroinflammation. Neurobiology of aging, 2012, 33.3: 588-602.
• TANNA, Tanmay; SACHAN, Vatsal. Mesenchymal stem cells: potential in treatment of neurodegenerative diseases. Current stem cell research & therapy, 2014, 9.6: 513-521.
• SONTHEIMER, Harald. Glial influences on neuronal signaling. The Neuroscientist, 1995, 1.3: 123-126.
• STRÜBING, Carsten, et al. Differentiation of pluripotent embryonic stem cells into the neuronal lineage in vitro gives rise to mature inhibitory and excitatory neurons. Mechanisms of development, 1995, 53.2: 275-287.
• YAMASAKI, Tritia R., et al. Neural stem cells improve memory in an inducible mouse model of neuronal loss. Journal of Neuroscience, 2007, 27.44: 11925-11933.