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Células-tronco

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Mouse As células estaminais embrionárias com marcador fluorescente.
Colônia de células-tronco embrionárias humanas no rato embrionário camada alimentadora de fibroblastos.

Células-tronco são células encontradas na maioria, se não todos, multi-celulares organismos . Eles são caracterizados pela capacidade de se renovar através mitótico e divisão celular diferenciando-se em uma grande variedade de tipos de células especializadas. A investigação no campo das células-tronco cresceu a partir dos resultados por canadenses cientistas Ernest A. McCulloch e James E. até que, em 1960. Os dois grandes tipos de células estaminais de mamífero são os seguintes: As células estaminais embrionárias que são encontrados em blastocistos, e células estaminais adultas que são encontradas em tecidos adultos. Num desenvolvimento embrião, as células estaminais podem diferenciar-se em todos os tecidos embrionários especializados. Em organismos adultos, as células-tronco e células progenitoras actuar como um sistema de reparação para o corpo, repondo células especializadas, mas também manter o volume normal dos órgãos regenerativos, tais como do sangue, pele ou tecidos intestinais.

Como as células estaminais podem ser cultivadas e transformadas em células especializadas com características consistentes com as células de vários tecidos, tais como músculos ou nervos através cultura de células, a sua utilização em terapias médicas tem sido proposto. Em particular, embrionária As linhas celulares, As células estaminais embrionárias autólogas gerado através células-tronco adultas terapêuticas clonagem, e altamente plásticos do sangue do cordão umbilical ou medula óssea são apregoados como candidatos promissores.

Propriedades de células estaminais

A definição clássica de uma célula-tronco requer que possui duas propriedades:

  • Auto-renovação - a capacidade de passar por inúmeros ciclos de divisão celular, mantendo o estado indiferenciado.
  • Potência - a capacidade de se diferenciar em tipos de células especializadas. No sentido estrito, isto requer células-tronco para ser totipotente ou pluripotentes - para ser capaz de dar origem a qualquer tipo de célula madura, embora multipotentes ou unipotentes As células progenitoras são por vezes referidas como células estaminais.

Definições de potência

Pluripotentes, células-tronco embrionárias originam como células massa interna dentro de um blastocisto. As células estaminais podem tornar-se qualquer tecido do corpo, com excepção de uma placenta. Apenas as células do mórula são totipotentes, capaz de se tornar todos os tecidos e uma placenta.

A potência especifica o potencial de diferenciação (o potencial para se diferenciar em diferentes tipos de células) de células estaminais.

  • Células estaminais totipotentes são produzidos pela fusão de uma célula de ovo e esperma. As células produzidas pelas primeiras divisões do ovo fertilizado também são totipotentes. Estas células podem diferenciar-se em tipos de células embrionárias e extraembryonic.
  • As células estaminais pluripotentes são os descendentes de células totipotentes e pode diferenciar-se em células derivadas de qualquer um dos três camadas germinativas.
  • Células estaminais multipotentes podem produzir apenas as células de uma família intimamente relacionada de células (por exemplo, as células-tronco hematopoiéticas diferenciar-se em células vermelhas do sangue, glóbulos brancos, plaquetas, etc.).
  • Unipotentes células pode produzir apenas um tipo de célula, mas têm a propriedade de auto-renovação, que os distingue de células não-tronco (por exemplo, células-tronco musculares).

Identificação de células estaminais

A definição prática de uma célula-tronco é a definição funcional - a capacidade de regenerar o tecido ao longo da vida. Por exemplo, o teste padrão de ouro para uma célula-tronco de medula óssea ou hematopoiéticas (HSC) é a capacidade de uma célula e transplantar salvar um indivíduo sem HSCs. Neste caso, uma pilha de haste deve ser capaz de produzir novas células do sangue e células imunitárias durante um longo prazo, demonstrando a potência. Também deve ser possível isolar células estaminais do indivíduo transplantado, que eles próprios podem ser transplantadas para um outro indivíduo sem HSCs, demonstrando que as células-tronco foi capaz de se auto-renovar.

Propriedades de células estaminais pode ser ilustrado in vitro, utilizando métodos tais como ensaios clonogénicos, em que as células individuais são caracterizados pela sua capacidade de se diferenciar e auto-renovar. Assim, as células estaminais podem ser isoladas com base em um conjunto diferente de marcadores de superfície celular. No entanto, as condições de cultura in vitro pode alterar o comportamento das células, tornando-se claro se as células irão comportar-se de um modo semelhante in vivo. Existe considerável debate se algumas populações de células adulto propostas são realmente as células-tronco.

Células-tronco embrionárias

Linhas de células estaminais embrionárias (ES) e linhas de células são as culturas de células derivadas a partir do epiblast tecido do massa celular interna (ICM) de um blastocisto ou mais cedo mórula embriões em estágio. Um blastocisto é uma fase precoce embrião-cerca de quatro a cinco dias de idade em seres humanos e que consistem de 50-150 células. As células ES são pluripotentes e dar origem, durante o desenvolvimento de todos os derivados dos três primários camadas germinativas: ectoderma, endoderme e mesoderme. Em outras palavras, elas podem tornar-se cada um dos mais de 200 tipos de células do adulto corpo quando administrado estimulação suficiente e necessária para um tipo específico de célula. Eles não contribuem para as membranas extra-embrionárias ou o placenta.

Quase toda a investigação até à data tem tido lugar usando o mouse células estaminais embrionárias (MES) ou células-tronco embrionárias humanas (HES). Ambos têm as características essenciais de células-tronco, contudo eles exigem ambientes muito diferentes, a fim de manter um estado indiferenciado. As células ES do rato são cultivados sobre uma camada de gelatina e requerem a presença de Factor Inibidor da Leucemia (LIF). Células ES são cultivadas em uma camada alimentadora de rato embrionário fibroblastos (MEFs) e requerem a presença de Factor de Crescimento de Fibroblastos básico (bFGF ou FGF-2). Sem condições ótimas de cultura ou da manipulação genética, as células-tronco embrionárias vai diferenciar rapidamente.

Uma célula estaminal embrionária humana também é definida pela presença de vários factores de transcrição e proteínas da superfície celular. Os factores de transcrição Oct-4, Nanog, e SOX2 formar o núcleo de rede reguladora que assegura a supressão de genes que levam a diferenciação e a manutenção da pluripotência. Os antígenos de superfície celular mais comumente usados para identificar as células-tronco embrionárias humanas são a SSEA3 glycolipids e SSEA4 e os antígenos sulfato de queratano Tra-1-60 e Tra-1-81. A definição molecular de uma célula-tronco inclui muitas mais proteínas e continua a ser um assunto de investigação.

Depois de quase dez anos de investigação, não existem tratamentos aprovados ou testes em humanos com células-tronco embrionárias. As células ES, sendo as células totipotentes, requerem sinais específicos para a diferenciação correcta - se injectado directamente no outro corpo, as células ES se diferenciam em muitos tipos diferentes de células, causando um teratoma. Diferenciando células ES em células utilizáveis, evitando a rejeição de transplantes são apenas alguns dos obstáculos que os pesquisadores de células-tronco embrionárias ainda enfrentam. Muitas nações têm actualmente moratórias sobre qualquer investigação sobre células ES ou a produção de novas linhagens de células ES. Por causa de suas habilidades combinadas de expansão ilimitada e pluripotência, as células-tronco embrionárias continuam sendo uma fonte teoricamente potencial para a medicina regenerativa e substituição de tecido após a lesão ou doença.

Células-tronco adultas

Caule divisão e diferenciação celular A - célula estaminal.; B - células progenitoras; C - células diferenciadas; 1 - divisão de células-tronco simétrica; 2 - divisão de células estaminais assimétrico; 3 - divisão progenitor; 4 - diferenciação terminal

A célula estaminais adultas termo refere-se a qualquer célula que se encontra num organismo desenvolvido que possui duas propriedades: a capacidade de se dividir e criar outra célula como a própria e também dividir e criar uma célula mais diferenciadas do que em si. Também conhecido como somática (do grego Σωματικóς, "do corpo") e as células estaminais da linha germinativa (dando origem a gâmetas) células estaminais, eles podem ser encontrados em crianças, assim como adultos.

Células pluripotentes estaminais adultas são geralmente raros e em pequeno número, mas pode ser encontrado em vários tecidos, incluindo o sangue do cordão umbilical. Uma grande quantidade de pesquisas com células-tronco adultas tem se concentrado em esclarecer sua capacidade para dividir ou auto-renovar indefinidamente e seu potencial de diferenciação. Em ratos, as células estaminais pluripotentes são directamente produzida a partir de culturas de fibroblastos adultos.

A maioria das células-tronco adultas são restritas de linhagem ( multipotentes) e são geralmente referidos pela sua origem tecidual ( células tronco mesenquimais, células-tronco derivadas de tecido adiposo, células estaminais endoteliais, etc).

Tratamentos com células-tronco adultas têm sido utilizados com sucesso por muitos anos para tratar a leucemia e câncer de osso / sanguíneos relacionados através de transplantes de medula óssea. As células estaminais adultas são também utilizados em medicina veterinária para tratar lesões de tendões e ligamentos em cavalos. A utilização de células estaminais adultas em investigação e terapia não é tão controverso como As células estaminais embrionárias, porque a produção de células estaminais adultas não requer a destruição de um embrião. Além disso, em alguns casos, porque as células estaminais adultas pode ser obtido a partir do receptor pretendido, (a auto-enxerto) o risco de rejeição é essencialmente inexistente nessas situações. Conseqüentemente, mais financiamento do governo dos Estados Unidos está sendo fornecido para a pesquisa com células-tronco adultas.

Linhagem

Para garantir a auto-renovação, as células-tronco sofrer dois tipos de divisão celular (ver Stem divisão celular e diferenciação diagrama). Divisão simétrica dá origem a duas células filhas idênticas tanto dotado de propriedades de células-tronco. Divisão assimétrica, por outro lado, produz apenas uma célula e uma haste célula progenitora com limitado potencial de auto-renovação. Progenitores pode passar por várias rodadas de divisão celular antes de terminal diferenciando-se em uma célula madura. É possível que a distinção molecular entre divisões assimétricas e simétricas reside na segregação diferencial de proteínas da membrana celular (tal como receptores) entre as células filhas.

Uma teoria alternativa é que as células-tronco indiferenciadas permanecem devido a sinais ambientais em seu nicho particular. As células-tronco diferenciar quando deixam esse nicho ou não receber esses sinais. Estudos em Drosophila germário identificaram os sinais DPP e adherins junções que impedem que as células-tronco germário de diferenciação.

Os sinais que levam à reprogramação de células a um estado semelhante ao embrionário também estão a ser investigadas. Estas vias de sinalização incluem vários factores de transcrição incluindo o oncogene c-Myc. Os estudos iniciais indicam que a transformação de células de ratos com uma combinação destes sinais anti-diferenciação pode inverter diferenciação e pode permitir que as células adultas para se tornar pluripotentes. No entanto, a necessidade de transformar estas células com um oncogene pode evitar a utilização desta abordagem em terapia.

Tratamentos

Os investigadores médicos acreditam que a terapia com células-tronco tem o potencial de alterar dramaticamente o tratamento de doenças humanas. Uma série de terapias com células estaminais adultas já existem, particularmente transplantes de medula óssea que são usados para tratar leucemia. No futuro, os pesquisadores médicos antecipar ser capaz de usar tecnologias derivadas da pesquisa com células-tronco para tratar uma ampla variedade de doenças, incluindo câncer , Doença de Parkinson, lesões da medula espinhal, A esclerose lateral amiotrófica e lesão muscular, entre uma série de outras deficiências e condições. No entanto, ainda existe uma grande dose de incerteza social e científica em torno da pesquisa com células-tronco, que poderia ser superado através do debate público e pesquisas futuras, e mais educação do público.

As células-tronco, no entanto, já são amplamente utilizados em pesquisa, e alguns cientistas não vêem a terapia celular como o primeiro objetivo da pesquisa, mas ver a investigação de células estaminais como um objetivo digno em si mesmo.

A controvérsia em torno da pesquisa com células-tronco embrionárias humanas

Existe uma ampla controvérsia sobre a pesquisa com células-tronco embrionárias humanas que emana das técnicas utilizadas na criação e uso de células-tronco. Investigação sobre células estaminais embrionárias humanas é controverso porque, com o estado actual da tecnologia, iniciando uma A linha de células estaminais requer a destruição de um embrião humano e / ou clonagem terapêutica. No entanto, recentemente, tem sido mostrado em princípio que as linhas de células estaminais adultas pode ser manipulada para gerar linhas de células estaminais embrionárias utilizando como uma biópsia de uma única célula análoga à utilizada na diagnóstico genético pré-implantação que pode permitir a criação de células-tronco sem a destruição do embrião. Não é todo o campo da investigação em células estaminais, mas o campo específico da investigação sobre células estaminais embrionárias humanas que está no centro de um debate ético.

Os opositores da pesquisa afirmam que as tecnologias de células-tronco embrionárias são uma ladeira escorregadia para a clonagem reprodutiva e pode fundamentalmente desvalorizar a vida humana. Aqueles na movimento pró-vida argumentam que um embrião humano é uma vida humana e, portanto, tem direito à proteção.

Ao contrário, os defensores das pesquisas com células-tronco embrionárias argumentam que essa investigação deve ser perseguida, porque os tratamentos resultantes poderia ter o potencial médico significativo. É também de notar que os embriões em excesso criado para fertilização in vitro poderiam ser doados com consentimento e usado para a pesquisa.

O debate que se seguiu fez com que autoridades de todo o mundo para buscar marcos regulatórios e destacou o fato de que a pesquisa com células-tronco representa um social e ético desafio.

Eventos-chave de pesquisa com células-tronco

  • 1960 - Joseph Altman e Gopal Das apresentar provas científicas de adulto neurogênese, a atividade das células-tronco em curso no cérebro; seus relatórios contradizem Cajal de "há novos neurônios" dogma e são amplamente ignoradas.
  • 1963 - McCulloch e Até que ilustram a presença de auto-renovação de células na medula óssea de ratinho.
  • 1968 - Medula óssea transplante entre dois irmãos trata com sucesso SCID.
  • 1978 - Células estaminais hematopoiéticas são descobertas em humanos sangue do cordão umbilical.
  • 1981 - Rato As células estaminais embrionárias são derivadas do massa celular interna por cientistas Martin Evans, Matthew Kaufman, e Gail R. Martin. Gail Martin é atribuída por cunhar o termo "Embryonic Stem Cell".
  • 1992 - Células-tronco neurais são cultivadas in vitro como neuroesferas.
  • 1997 - A leucemia é mostrado se originar de uma célula-tronco hematopoética, a primeira evidência direta para células-tronco cancerosas.
  • 1998 - James Thomson e colaboradores derivar o primeiro embrionárias humanas haste linha celular no Universidade de Wisconsin-Madison.
  • Década de 2000 - Vários relatos de plasticidade das células estaminais adultas são publicados.
  • 2001 - Cientistas da Avançada clone Cell Technology primeiro cedo (com quatro a fase de seis células) embriões humanos com a finalidade de gerar células estaminais embrionárias.
  • 2003 - Dr. Songtao Shi do NIH descobre nova fonte de células-tronco adultas em dentes decíduos das crianças.
  • 2004-2005 - pesquisador coreano Hwang Woo-Suk afirma ter criado vários humano linhas de células estaminais embrionárias a partir de humanos não fecundados oócitos. As linhas foram posteriormente mostrados para ser fabricada.
  • 2005 - Pesquisadores da Kingston University, em Inglaterra afirmam ter descoberto uma terceira categoria de células-tronco, apelidado de células-tronco embrionárias-like derivadas de cordão de sangue (CBEs), derivado do sangue do cordão umbilical. O grupo reivindica estas células são capazes de se diferenciar em mais tipos de tecidos do que as células estaminais adultas.
  • Agosto de 2006 - Rat Células-tronco pluripotentes induzidas: a revista Celular publica Kazutoshi Takahashi e Shinya Yamanaka, "A indução de células-tronco pluripotentes de rato embrionárias e adultas fibroblastos culturas por fatores definidos".
  • Outubro de 2006 - Os cientistas na Inglaterra criar as primeiras células do fígado já artificiais utilizando cordão umbilical células-tronco do sangue.
  • Janeiro de 2007 - Cientistas da Wake Forest University liderado pelo Dr. Anthony Atala e Universidade de Harvard descoberta relatório de um novo tipo de célula-tronco em líquido amniótico. Isto pode potencialmente proporcionar uma alternativa para células estaminais embrionárias para utilização em investigação e terapia.
  • Junho de 2007 - Investigação relatado por três grupos diferentes mostra que as células normais da pele podem ser reprogramadas para um estado embrionário em camundongos. No mesmo mês, o cientista Shoukhrat Mitalipov relata o primeiro êxito da criação de uma linha de células estaminais através primata transferência nuclear de células somáticas
  • Outubro de 2007 - Mario Capecchi, Martin Evans, e Oliver Smithies ganhar a 2007 Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por seu trabalho sobre células-tronco embrionárias de camundongos, usando gene segmentação estratégias que produzem camundongos geneticamente modificados (conhecido como camundongos knockout) para a pesquisa genética.
  • Novembro de 2007 - Humano Células pluripotentes induzidas estaminais: Dois papéis semelhantes lançados por seus respectivos diários antes da publicação formal em: Por celular Kazutoshi Takahashi e Shinya Yamanaka, "Indução de pluripotentes células-tronco de adultos fibroblastos humanos por fatores definidos", e na ciência por Junying Yu, et al., Do grupo de pesquisa James Thomson, "Linhas de células tronco pluripotentes induzidas derivadas de células somáticas humanas": células-tronco pluripotentes geradas a partir de fibroblastos humanos maduros. É possível agora para produzir uma célula-tronco a partir de praticamente qualquer outra célula humana em vez de usar embriões conforme necessário anteriormente, embora o risco de tumorigenesis devido a c-myc e transferência de genes retroviral continua a ser determinado.
  • Janeiro de 2008 - linhas de células estaminais embrionárias humanas foram gerados sem destruição do embrião
  • Janeiro de 2008 - Desenvolvimento de blastocistos humanos clonados seguinte transferência nuclear de células somáticas com fibroblastos adultos
  • Fevereiro de 2008 - Geração de células-tronco pluripotentes a partir do rato adulto fígado eo estômago: estas células iPS parecem ser mais semelhantes às células-tronco embrionárias do que as células iPS desenvolvidas anteriores e não tumorigenic, além disso genes que são necessários para as células iPS não precisa ser inserido em sites específicos, que incentiva o desenvolvimento de técnicas de reprogramação não-virais.

Caule financiamento célula & debate político em os EUA

  • 1993 - De acordo com os Institutos Nacionais de Saúde Lei de Revitalização, o Congresso eo presidente Bill Clinton dar a autoridade directa NIH para financiar a investigação em embriões humanos pela primeira vez.
  • 1995 - O Congresso dos EUA aprova lei em um projeto de lei dotações à qual se anexa o Dickey Alteração que proibido pelo governo federal destinou fundos a serem utilizados para pesquisa em que os embriões humanos seriam criados ou destruídos. Este é anterior à criação das primeiras linhas de células estaminais embrionárias humanas.
  • 1999 - Após a criação das primeiras linhas de células estaminais embrionárias humanas em 1998 por James Thomson, da Universidade de Wisconsin, Harriet Rabb, o principal advogado do Departamento de Saúde e Serviços Humanos, libera um parecer jurídico que iria definir o curso para Clinton a política da administração. Fundos federais, obviamente, não poderia ser utilizado para obter linhas de células estaminais (derivação porque envolve a destruição de embriões). No entanto, ela conclui que, porque as células-tronco embrionárias humanas "não são um embrião humano na definição legal," a Emenda Dickey-Wicker não se aplica a eles. O NIH foi, portanto, livre para dar o financiamento federal para experimentos envolvendo as próprias células. Presidente Clinton apoia firmemente as novas diretrizes, observando que a pesquisa com células-tronco embrionárias humanas prometeu "benefícios potencialmente surpreendentes." E com as orientações em vigor, o NIH começa a aceitar propostas de concessão de cientistas.
  • 02 de novembro de 2004 - Califórnia eleitores aprovam Proposição 71, que prevê US $ 3 bilhões em fundos do Estado mais de dez anos para a investigação sobre células estaminais embrionárias humanas.
  • 2001-2006 - EUA O presidente George W. Bush assina uma ordem executiva que restringe a pesquisa com células-tronco federal-financiado em células-tronco embrionárias para as linhas de células já derivadas. Ele apóia o financiamento federal para pesquisas com células-tronco embrionárias nas linhas já existentes de aproximadamente US $ 100 milhões e US $ 250 milhões para a pesquisa com células-tronco adultas e animais.
  • 05 de maio de 2006 - senador Rick Santorum apresenta projeto de lei número 2754 S., ou o Pluripotent Stem Cell Alternative Therapies Enhancement Act, no Senado dos Estados Unidos .
  • 18 de julho de 2006 - O Senado dos EUA passa o acessório Stem Cell Research Act HR 810 e vota para baixo do senador Santorum S. 2754.
  • 19 de julho de 2006 - O presidente George W. Bush veta HR 810 ( Stem Cell Research Act acessório), um projeto de lei que reverteram a alteração dotações Gingrich-era o que tornava ilegal para o dinheiro federal para ser utilizado para investigação, onde as células estaminais são derivadas da destruição de um embrião.
  • 07 de novembro de 2006 - O povo do estado norte-americano de Missouri passado Alteração 2, que permite o uso de qualquer investigação sobre células estaminais e terapia permitido sob a lei federal, mas proíbe a clonagem reprodutiva humana.
  • 16 de fevereiro de 2007 - O Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia se tornou o maior financiador da investigação sobre células estaminais embrionárias humanas nos Estados Unidos quando eles premiado com quase US $ 45 milhões em bolsas de investigação.
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