Av Melissa Mayer | Uppdaterad 30 augusti 2022

Forskare över hela världen avslöjar stamcellernas hemligheter - små, mångsidiga celler som har löftet att förvandla en enda cell till organ och vävnader. Att förstå deras struktur och beteende kan revolutionera behandlingen för ett brett spektrum av sjukdomar.

Vad är stamceller?

Under tidig embryonal utveckling delar sig ett befruktat ägg (zygote) i en svärm av celler som kallas stamceller. Dessa celler är båda proliferativa —de delar sig snabbt — och pluripotenta , vilket betyder att de kan differentiera till vilken specialiserad celltyp som helst.

När embryot mognar övergår det från ett enkelt ark av stamceller till ett strukturerat embryo som kallas en gastrula, som består av tre groddlager – ektoderm, mesoderm och endoderm – som vart och ett ger upphov till distinkta vävnader och organ.

Kärnstrukturen i en stamcell

• Cellmembran —ett lipiddubbelskikt som reglerar passagen av molekyler.
• Cytoplasma —det vattenhaltiga inre som rymmer organeller.
• Kärna —innehåller det DNA som dikterar cellfunktionen.

Även om dessa komponenter är gemensamma för alla celler, bibehåller stamceller unikt ett odifferentierat tillstånd tills specifika signaler utlöser specialisering.

Embryonala stamceller (hESCs)

hESCs härrör från överskott av embryon som skapats via in vitro fertilisering (IVF). Eftersom de har sitt ursprung före implantation är de ett tomt blad som kan ge upphov till vilken celltyp som helst.

I kultur tenderar hESCs att bilda kluster som kallas embryoidkroppar och spontant differentiera om de inte hålls under noggrant kontrollerade förhållanden. Att upprätthålla ett odifferentierat tillstånd under sex månader och säkerställa genetisk stabilitet är en förutsättning för att skapa en embryonal stamcellinje lämplig för forskning.

Vuxna (somatiska) stamceller

Många mogna vävnader behåller inhemska stamceller som fyller på celler under normal omsättning eller reparation efter skada. Dessa celler är vävnadsspecifika och genererar vanligtvis bara de celltyper som finns i deras ursprungliga miljö.

• Hematopoietiska stamceller i benmärgen producerar blod och immunceller.
• Mesenkymala stamceller ger upphov till ben-, brosk-, fett- och stromaceller.
• Epitelstamceller i tarmlinjen producerar absorberande celler, bägare, enteroendokrina och Paneth-celler.
• Hudstamceller i basalskiktet genererar keratinocyter som bildar den skyddande epidermis.

Vuxna stamceller är få, begränsade i delningspotential och utmanande att odla, men de erbjuder fördelen av minskad immunavstötning när de skördas autologt.

Inducerade pluripotenta stamceller (iPSCs)

IPSC introducerades 2006 och är omprogrammerade vuxna celler som förvärvar pluripotens. Även om de delar många funktioner med hESCs, måste tekniska hinder – som virustillförselmetoder som ger upphov till säkerhetsproblem – åtgärdas före klinisk användning.

Kliniska applikationer

Stamcellsforskning stödjer läkemedelsscreening, sjukdomsmodellering och utveckling av cellbaserade terapier . Lovande områden inkluderar:

• Kardiovaskulär sjukdom —differentiering av hjärtmuskelceller för transplantation.
• Typ 1-diabetes —tillverkar insulinutsöndrande betaceller.
• Brännor och makuladegeneration —återställa skadade vävnader.
• Artros och reumatoid artrit —regenererande ledbrosk.
• Ryggmärgsskada och stroke —främjar neural reparation.

Nyckelhinder för klinisk översättning

• Uppskalning av stamcellsproduktion för att generera funktionella vävnader eller organ.
• Justera differentiering till önskad celltyp.
• Säkerställande av överlevnad, integration och långtidsfunktion för transplanterade celler.
• Förebygga negativa utfall som tumörbildning.

Även om resan från bänk till säng är komplex, fortsätter den grundläggande kunskapen om stamcellsbiologi att påskynda framstegen inom regenerativ medicin.