science >> Wetenschap >  >> Biologie

Wat is de structuur van stamcellen?

Terwijl u dit leest, zitten onderzoekers over de hele wereld bij hun laboratoriumbanken om uit te zoeken hoe ze op een dag nieuwe weefsels en organen kunnen laten groeien uit afzonderlijke cellen. Als je denkt dat dat klinkt als iets uit een sciencefictionfilm, sta je niet alleen. Toch kan dit onderzoek een wetenschappelijke doorbraak opleveren die de manier verandert waarop medische professionals een breed scala aan menselijke ziekten in de echte wereld behandelen.

De uiteindelijke doelen van dit onderzoek kunnen breed zijn, maar het onderzoeksonderwerp is zo oneindig klein dat je het zelfs niet met het blote oog kunt zien. Het onderwerp is stamcellen
. Dankzij hun unieke eigenschappen kunnen deze verbazingwekkende cellen de toekomst van wetenschap en geneeskunde veranderen.
Lees meer over de voor- en nadelen van stamcelonderzoek.
Wat zijn stamcellen?

Je weet dat seksuele voortplanting een zaadcel en een eicel vereist om samen te komen en een zygote
te vormen via bevruchting. Deze enkele eukaryotische cel bevat een volledige aanvulling van genetische informatie en heeft het potentieel om zich te verdelen in een complex meercellig organisme zoals jij.

Maar heb je je ooit afgevraagd hoe die enkele cel zou kunnen delen in de triljoenen en triljoenen cellen? in een menselijk lichaam? En hoe kan slechts één cel zoveel verschillende soorten cellen veroorzaken - zowel huidcellen als hersencellen bijvoorbeeld?

Terwijl de zygote begint te delen (voordat deze in de baarmoeder implanteert), resulteren de resulterende cellen zijn in feite stamcellen. Wetenschappers zeggen dat deze flexibele cellen zowel proliferatieve
als pluripotente
zijn. Dit betekent dat de cellen gemakkelijk delen om veel, veel meer cellen te produceren - en ze kunnen zich ontwikkelen tot elk type gespecialiseerde cel door stamcel differentiatie
.
Lees meer over de uitleg van celspecialisatie. Stamcelstructuur

Op het eerste gezicht lijken de delen van een stamcel op het oppervlak niet zo bijzonder. Zoals alle cellen in het menselijk lichaam, delen stamcellen allemaal een paar gemeenschappelijke structuren. Deze omvatten:

  • Een celmembraan
    , een lipidebilaag rond de cel die sommige materialen de cel binnen laat en andere buiten houdt.

  • Cytoplasma
    , de vloeibare bouillon in de cel.

  • Een kern
    , die alle genetische informatie van de cel bevat die is opgeslagen als DNA.

    Tussen bevruchting in de eileiders en implantatie in de baarmoeder, het embryo verandert van een eenvoudig vel stamcellen in een georganiseerde groep cellen - een gastrula
    genoemd - met drie kiemlagen
    . Deze zullen uiteindelijk aanleiding geven tot alle vele celtypen, weefsels en organen die een hele (zij het nog steeds zeer kleine) menselijke foetus bevatten.

    De buitenste laag, het ectoderm
    genoemd, geeft aanleiding tot op huidcellen en weefsels van het zenuwstelsel. De middelste laag, of mesoderm
    , levert bloedcellen, bindweefsel, spiercellen en het placentaweefsel op dat de foetus in utero in leven houdt. De binnenste laag, het endoderm genoemd, creëert de voeringen van de darm, longen en urogenitale kanaal.

    Dankzij pluripotentie kunnen stamcellen differentiëren en elk van deze celtypen worden na implantatie. Deze stamcellen geassocieerd met de normale ontwikkeling van embryo's zijn een van de drie soorten stamcellen die door wetenschappers worden gebruikt. Onderzoekers noemen ze menselijke embryonale stamcellen
    , of hESC's.
    Embryonale stamcellen

    De door wetenschappers gebruikte embryonale stamcellen zijn nooit afkomstig van traditionele bevruchting in de eileiders van een echte mens. In plaats daarvan maken wetenschappers ze in reageerbuizen met behulp van in vitro
    fertilisatie (IVF). Deze embryonale stamcellen komen meestal in onderzoekslaboratoria terecht nadat mensen die IVF gebruiken om gezinnen te creëren het proces voltooien en de extra ingevroren embryo's aan de wetenschap doneren (in plaats van ze te vernietigen).

    Voor onderzoekers zijn er bepaalde voordelen aan het gebruik embryonale stamcellen vergeleken met andere soorten stamcellen. Embryonale stamcellen zijn redelijk gemakkelijk te vinden en zijn eenvoudig in cultuur te kweken. Het belangrijkste is dat embryonale stamcellen echt lege leien zijn die bij stamceldifferentiatie in wezen elk type cel kunnen veroorzaken.
    Embryonale stamcellijnen

    Net zoals cellen doen na implantatie in een levende baarmoeder, embryonale stamcellen in het lab klonteren op natuurlijke wijze samen in embryoïde lichamen
    en beginnen zich te differentiëren in gespecialiseerde cellen. Wetenschappers die embryonale stamcellen in cultuur kweken, moeten specifieke omstandigheden in het groeimedium handhaven om dit te voorkomen.

    Door de stamcellen te laten prolifereren zonder te differentiëren, creëren wetenschappers embryonale stamcellijnen
    . Wetenschappers kunnen deze cellijnen vervolgens bevriezen en naar andere labs sturen voor onderzoeksprojecten of verdere kweken. Om in aanmerking te komen als cellijn, moeten de embryonale stamcellen:

  • Minimaal zes maanden ongedifferentieerd groeien in de celcultuur.
  • Pluripotent zijn, of in staat zijn om in elk celtype te differentiëren .
  • Heb geen genetische afwijkingen.

    Wanneer onderzoekers klaar zijn om de cellen in een embryonale stamcellijn specifieke soorten cellen te laten worden, zoals voor een specifiek onderzoeksproject, verander eenvoudig het kweekmedium of injecteer specifieke genen in de stamcel om stamceldifferentiatie te activeren.
    Stamcellen voor volwassenen

    Het blijkt dat veel volwassen weefsels in het volledig ontwikkelde menselijke lichaam vasthouden aan sommige ongedifferentieerde cellen voor een regenachtige dag. Deze volwassen stamcellen
    - soms ook somatische
    stamcellen genoemd - worden geactiveerd wanneer het lichaam nieuwe cellen nodig heeft. Dit gebeurt om rekening te houden met normale celvernieuwing en groei en ook om weefsel te herstellen na een verwonding of ziekte.

    Wetenschappers hebben volwassen stamcellen gevonden in een grote verscheidenheid aan organen en weefsels, zoals:

  • Bloedvaten.
  • Beenmerg.
  • Hersenen.
  • Darm.
  • Hart.
  • Lever.
  • Eierstokken.
  • Perifeer bloed.
  • Skeletspier.
  • Tanden.
  • Testes.

    Volwassen stamcellen worden meestal aangetroffen in specifieke gebieden, niches voor stamcellen genoemd. In tegenstelling tot embryonale stamcellen, die überhaupt in elk celtype kunnen differentiëren, is volwassen stamceldifferentiatie beperkt en weefselspecifiek. Dit betekent dat volwassen stamcellen doorgaans alleen differentiëren in de celtypen die zijn geassocieerd met het weefsel waarin ze zich bevinden.

    Volwassen stamcellen in de hersenen worden bijvoorbeeld alleen zenuwcellen of niet-neuronale hersencellen. Hier zijn enkele andere bekende volwassen stamcellen en hun gespecialiseerde celsoorten:

  • Hematopoietische stamcellen
    worden aangetroffen in beenmerg en geven aanleiding tot bloedcellen, waaronder rode bloedcellen en immuunsysteemcellen.
  • Mesenchymale stamcellen
    worden aangetroffen in beenmerg (en sommige andere weefsels) en geven aanleiding tot botcellen, kraakbeencellen, vetcellen en stromale cellen.
  • Epitheliale stamcellen
    worden diep in de darm van de darm gevonden en geven aanleiding tot absorberende cellen, beker en cellen, enteroendocriene
    cellen en Paneth en cellen.
  • Huidstamcellen
    worden gevonden in de basale laag van de huid en geven aanleiding tot keratinocyten
    die een beschermende laag op het oppervlak van de huid.

    Volwassen stamceldifferentiatie

    Wetenschappers hebben in experimenten vastgesteld dat sommige volwassen stamcellen differentieerden in gespecialiseerde cellen anders dan het verwachte celtype, dat vergelijkbaar is met waardevolle pluripoot ncy van embryonale stamcellen. Deze transdifferentiatie is echter zeldzaam en beïnvloedt slechts een klein segment stamcellen wanneer het zich voordoet. Onderzoekers weten niet zeker of het überhaupt bij mensen gebeurt.

    Volwassen stamcellen hebben voor wetenschappers enkele nadelen. Ze zijn zeldzaam en moeilijk te kweken in het lab. Ze hebben ook grenzen aan hoeveel ze kunnen delen en welke soorten cellen ze kunnen worden. Volwassen stamcellen hebben echter één duidelijk voordeel: het is waarschijnlijk minder waarschijnlijk dat ze immuunafstoting activeren
    omdat ze uit het eigen lichaam van een patiënt kunnen worden geoogst.
    Een derde type stamcel

    In 2006 ontdekten onderzoekers nog een type stamcel: geïnduceerde pluripotente stamcellen
    , of iPSC's. Dit zijn volwassen stamcellen die wetenschappers opnieuw programmeren om zich meer als embryonale stamcellen te gedragen. Het is echter nog niet duidelijk of er significante klinische verschillen zijn tussen geïnduceerde pluripotente stamcellen en embryonale stamcellen. Wetenschappers gebruiken iPSC's al voor belangrijk werk, zoals de ontwikkeling van geneesmiddelen en het modelleren van menselijke ziekten voor onderzoeksdoeleinden.

    Er zijn technische hindernissen te overwinnen voordat onderzoekers deze geïnduceerde pluripotente stamcellen kunnen gebruiken voor directere toepassingen. Naast de bevestiging dat deze stamcellen niet fundamenteel verschillen van embryonale stamcellen, moeten onderzoekers nieuwe technieken bedenken om überhaupt geïnduceerde pluripotente stamcellen te maken. De huidige methode maakt gebruik van virussen als hulpmiddel voor herprogrammering, wat ernstige bijwerkingen, zoals kanker, in dierstudies heeft aangetoond.
    Klinische toepassingen voor stamcellen

    Naast het screenen van nieuwe geneesmiddelen voor de farmaceutische industrie en als modellen voor ziekte voor onderzoeksprojecten, geloven wetenschappers dat stamcellen nieuwe (en opwindende) op cel gebaseerde behandelingen mogelijk kunnen maken. Dit betekent dat op een dag labs nieuwe organen en weefsels kunnen laten groeien voor mensen die transplantaties nodig hebben in plaats van te vertrouwen op orgaan- en weefseldonoren.

    Dit zou kunnen lijken op wetenschappers die stamcellen gebruiken om hartspiercellen te maken die ze kunnen transplanteren in mensen met chronische hartziekte. Huidige dierstudies suggereren dat stromale stamcellen uit het beenmerg veelbelovend zijn voor deze toepassing, hoewel het precieze mechanisme nog onduidelijk is. Wetenschappers weten niet zeker of de stamcellen nieuwe hartspiercellen of bloedvatcellen veroorzaken - of dat ze iets anders doen.

    Een ander theoretisch voorbeeld is type 1 diabetes. Wetenschappers hopen menselijke embryonale stamcellen te differentiëren in de cellen die insuline produceren. Het immuunsysteem van mensen met diabetes verstoort deze cellen en verbiedt hen om hun werk te doen. Wetenschappers vragen zich af of ze op een dag stamcellen kunnen differentiëren in insulineproducerende cellen en deze kunnen transplanteren in patiënten.

    Naast hartaandoeningen en diabetes, geloven andere menselijke ziekten en aandoeningen wetenschappers dat deze medische vooruitgang breed kan beïnvloeden en omvatten:

  • Brandwonden.
  • Maculaire degeneratie, die verlies van het gezichtsvermogen kan veroorzaken.
  • Artrose en reumatoïde artritis.
  • Ruggenmergletsel, dat kan gevoelloosheid, functieverlies of verlamming veroorzaken.
  • Beroerte.

    Hindernissen te overwinnen

    Natuurlijk moeten wetenschappers bij elke stap deze nieuwe therapieën bij echte patiënten brengen. van dit theoretische proces. Dit betekent dat ze moeten:

  • Voldoende stamcellen laten groeien om het weefsel of orgaan fysiek op te bouwen.
  • De stamcellen stimuleren om in het juiste celtype te differentiëren.
  • Zorg ervoor dat de gedifferentieerde stamcellen kunnen overleven in het lichaam van de patiënt.
  • Zorg ervoor dat de gedifferentieerde stamcellen goed integreren in de ontvangende weefsels in het lichaam van de patiënt.
  • Redelijk verwachten dat het nieuwe weefsel of orgaan doe het werk waarvoor het is gebouwd gedurende de gehele levensloop van de patiënt.
  • Zorg ervoor dat de nieuwe cellen geen bijkomende schade toebrengen aan de patiënt, zoals kanker.

    Door de definitie van stamcellen lijken deze stappen haalbaar met behulp van embryonale stamcellen, maar vereisen vele jaren van serieus onderzoek op meerdere fronten. Dit is de reden waarom stamcelonderzoek een dergelijk actief veld is in de professionele wetenschappen - en ook waarom het voor veel docenten en studenten in de natuurwetenschap hoog in het vaandel staat.

    weg, het vergroten van het algemene begrip van stamcelstructuur en hoe stamceldifferentiatie werkt, is een geweldige manier om deel uit te maken van deze opkomende wetenschap.

    • Meer >

    Meer >

    Hoofdlijnen

    1. Waarom zout zouthoudend water ontmoedigen?
    2. Celfysiologie: een overzicht van structuur, functie en gedrag
    3. Een driedimensionaal model van een plantencel maken met labels
    4. Biochemistry Blotting Techniques
    5. Soorten zenuwen in het menselijk lichaam
    6. Reproductieproces bij mensen
    7. Lysosoom: definitie, structuur en functie
    8. De rol van de longen
    9. De morfologie van algen

    Wetenschap

    • Wetenschap © https://nl.scienceaq.com