Mis on tüvirakud ja mida nad teevad?
Keha rakkudel on spetsiifiline eesmärk, kuid tüvirakud on rakud, millel pole veel konkreetset rolli ja neist võivad saada peaaegu kõik vajalikud rakud.
Tüvirakud on diferentseerumata rakud, mis võivad muutuda spetsiifilisteks rakkudeks, kuna keha vajab neid.
Teadlased ja arstid tunnevad tüvirakkude vastu huvi, kuna need aitavad selgitada, kuidas mõned keha funktsioonid töötavad ja kuidas need mõnikord valesti lähevad.
Tüvirakud näitavad ka lubadust ravida mõnda haigust, mida praegu pole võimalik ravida.
Tüvirakkude allikad
Tüvirakud pärinevad kahest peamisest allikast: täiskasvanud kehakudedest ja embrüotest. Teadlased töötavad välja ka viisid, kuidas arendada tüvirakke teistest rakkudest, kasutades geneetilisi „ümberprogrammeerimise“ tehnikaid.
Täiskasvanud tüvirakud
Tüvirakud võivad muutuda mis tahes tüüpi rakkudeks enne nende eristumist.
Inimese keha sisaldab tüvirakke kogu elu. Keha saab neid tüvirakke kasutada alati, kui neid vaja on.
Täiskasvanud tüvirakud, mida nimetatakse ka koespetsiifilisteks või somaatilisteks tüvirakkudeks, eksisteerivad kogu kehas alates embrüo tekkimisest.
Rakud on mittespetsiifilises olekus, kuid nad on rohkem spetsialiseerunud kui embrüonaalsed tüvirakud. Nad jäävad sellesse olekusse seni, kuni keha vajab neid konkreetsel eesmärgil, näiteks naha- või lihasrakkudena.
Igapäevane elu tähendab, et keha uuendab pidevalt oma kudesid. Mõnes kehaosas, näiteks soolestikus ja luuüdis, jagunevad tüvirakud regulaarselt, et tekitada hoolduseks ja parandamiseks uusi kehakudesid.
Tüvirakud esinevad erinevat tüüpi koes. Teadlased on kudedes leidnud tüvirakke, sealhulgas:
- aju
- luuüdi
- veri ja veresooned
- skeletilihased
- nahk
- maksa
Tüvirakke võib aga olla raske leida. Nad võivad jääda jagunematuks ja mittespetsiifiliseks aastaid, kuni keha kutsub nad uut kude parandama või kasvatama.
Täiskasvanud tüvirakud võivad lõputult jagada või ise uueneda. See tähendab, et nad võivad pärinevast elundist genereerida mitmesuguseid rakutüüpe või isegi täielikult uuendada algset organit.
See jagunemine ja taastumine on see, kuidas nahahaav paraneb või kuidas näiteks elund, näiteks maks, pärast kahjustusi ennast parandada saab.
Varem uskusid teadlased, et täiskasvanud tüvirakud saavad eristada ainult nende päritolu koe põhjal. Kuid mõned tõendid viitavad nüüd sellele, et nad saavad diferentseeruda ka teisteks rakutüüpideks.
Embrüonaalsed tüvirakud
Juba raseduse varases staadiumis, pärast sperma munaraku viljastamist, moodustub embrüo.
Umbes 3–5 päeva pärast sperma munaraku viljastamist saab embrüo blastotsüsti või rakukera kujul.
Blastotsüst sisaldab tüvirakke ja implanteeritakse hiljem emakas. Embrüonaalsed tüvirakud pärinevad 4–5 päeva vanusest blastotsüstist.
Kui teadlased võtavad embrüotelt tüvirakke, on need tavaliselt ekstra embrüod, mis tulenevad in vitro viljastamisest (IVF).
IVF kliinikutes viljastavad arstid katseklaasis mitu muna, et tagada vähemalt ühe ellujäämine. Seejärel implanteerivad nad raseduse alustamiseks piiratud arvu mune.
Kui sperma viljastab muna, moodustavad need rakud ühtse raku, mida nimetatakse sügootiks.
Seejärel hakkab see üherakuline sügoot jagunema, moodustades 2, 4, 8, 16 rakku jne. Nüüd on see embrüo.
Varsti ja enne embrüo implanteerimist emakasse on see umbes 150–200-rakuline mass blastotsüst. Blastotsüst koosneb kahest osast:
- välimine rakumass, mis muutub platsenta osaks
- sisemine rakumass, mis areneb inimkehaks
Sisemine rakumass on see, kus leidub embrüonaalseid tüvirakke. Teadlased nimetavad neid totipotentseteks rakkudeks. Termin totipotent viitab asjaolule, et neil on täielik potentsiaal areneda mis tahes keharakkudeks.
Õige stimulatsiooni korral võivad rakkudest saada vererakud, naharakud ja kõik muud rakutüübid, mida keha vajab.
Raseduse alguses jätkub blastotsüsti staadium umbes 5 päeva enne embrüo implanteerimist emakasse või emakasse. Selles etapis hakkavad tüvirakud eristuma.
Embrüonaalsed tüvirakud võivad diferentseeruda rohkemat tüüpi rakkudeks kui täiskasvanud tüvirakud.
Mesenhümaalsed tüvirakud (MSC)
MSC-d pärinevad keha elundeid ja muid kudesid ümbritsevast sidekoest või stroomast.
Teadlased on kasutanud MSC-sid uute kehakudede, näiteks luu-, kõhre- ja rasvarakkude loomiseks. Nad võivad ühel päeval mängida rolli paljude terviseprobleemide lahendamisel.
Indutseeritud pluripotentsed tüvirakud (iPS)
Teadlased loovad need laboris, kasutades naharakke ja muid koespetsiifilisi rakke. Need rakud käituvad sarnaselt embrüonaalsete tüvirakkudega, nii et need võivad olla kasulikud mitmesuguste ravimeetodite väljatöötamiseks.
Siiski on vaja rohkem teadus- ja arendustegevust.
Tüvirakkude kasvatamiseks eraldavad teadlased kõigepealt proovid täiskasvanud koest või embrüost. Seejärel paigutavad nad need rakud kontrollitud kultuuri, kus nad jagunevad ja paljunevad, kuid ei spetsialiseerunud edasi.
Tüvirakke, mis jagunevad ja paljunevad kontrollitud kultuuris, nimetatakse tüvirakkude liiniks.
Teadlased haldavad ja jagavad tüvirakkude liine erinevatel eesmärkidel. Nad võivad stimuleerida tüvirakke konkreetsel viisil spetsialiseeruma. Seda protsessi nimetatakse suunatud diferentseerumiseks.
Siiani on olnud embrüonaalsete tüvirakkude suure hulga kasvatamine lihtsam kui täiskasvanute tüvirakkudel. Kuid teadlased teevad mõlema rakutüübiga edusamme.
Tüvirakkude tüübid
Teadlased liigitavad tüvirakke vastavalt nende võimalusele diferentseeruda teist tüüpi rakkudeks.
Embrüonaalsed tüvirakud on kõige tugevamad, kuna nende ülesanne on saada igat tüüpi keharakkudeks.
Täielik klassifikatsioon sisaldab:
Totipotent: need tüvirakud võivad eristada kõiki võimalikke rakutüüpe. Esimesed üksikud rakud, mis ilmuvad sügootide jagunemisel, on totipotentsed.
Pluripotent: Need rakud võivad muutuda peaaegu igaks rakuks. Varajase embrüo rakud on pluripotentsed.
Multipotentsed: need rakud võivad diferentseeruda tihedalt seotud rakkude perekonnaks. Näiteks täiskasvanud vereloome tüvirakkudest võivad saada punased ja valged verelibled või trombotsüüdid.
Oligopotent: need võivad diferentseeruda mõneks erinevaks rakutüübiks. Täiskasvanud lümfoidsed või müeloidsed tüvirakud saavad seda teha.
Unipotent: need võivad toota ainult ühte tüüpi rakke, mis on nende enda tüüpi. Kuid nad on endiselt tüvirakud, sest nad saavad end uuendada. Näited hõlmavad täiskasvanud lihaste tüvirakke.
Embrüonaalseid tüvirakke peetakse totipotentsete asemel pluripotentseteks, kuna need ei saa muutuda embrüonaalsete membraanide ega platsenta osaks.
Kasutab
Tüvirakud ise ei täida ühtegi eesmärki, kuid on olulised mitmel põhjusel.
Esiteks, õige stimulatsiooni korral võivad paljud tüvirakud omandada mis tahes tüüpi rakkude rolli ja nad saavad kahjustatud koe õigetes tingimustes taastada.
See potentsiaal võib päästa inimeste haavu või koekahjustusi pärast haigust või vigastust. Teadlased näevad tüvirakkude jaoks palju võimalikke kasutusviise.
Kudede regenereerimine
Kudede regenereerimine on tõenäoliselt tüvirakkude kõige olulisem kasutusala.
Seni pidi näiteks uut neeru vajanud inimene ootama doonorit ja seejärel siirdama.
Doonorelunditest on puudus, kuid juhendades tüvirakke teatud viisil eristama, võiksid teadlased neid kasutada konkreetse koetüübi või elundi kasvatamiseks.
Näiteks on arstid uue nahakoe valmistamiseks juba kasutanud nahapinna all olevaid tüvirakke. Seejärel saavad nad parandada raske põletuse või muu vigastuse, pookides selle koe kahjustatud nahale, ja uus nahk kasvab tagasi.
Südame-veresoonkonna haiguste ravi
2013. aastal teatas Massachusettsi üldhaigla teadlaste rühm PNASi varajane väljaanne et nad olid inimese tüvirakkude abil loonud laborihiirtele veresooned.
2 nädala jooksul pärast tüvirakkude implanteerimist olid moodustunud verega täidetud anumate võrgustikud. Nende uute veresoonte kvaliteet oli sama hea kui läheduses asuvate looduslike veresoonte.
Autorid lootsid, et seda tüüpi tehnika võib lõpuks aidata südame-veresoonkonna ja veresoonte haigustega inimestel ravida.
Aju haiguste ravi
Ühel päeval saavad arstid olla võimelised kasutama asendusrakke ja -kudesid ajuhaiguste, näiteks Parkinsoni ja Alzheimeri tõve raviks.
Näiteks Parkinsoni tõbi põhjustab ajurakkude kahjustus kontrollimatuid lihaste liikumisi. Teadlased võiksid kahjustatud ajukoe täiendamiseks kasutada tüvirakke. See võib tuua tagasi spetsialiseerunud ajurakud, mis peatavad kontrollimatud lihasliigutused.
Teadlased on juba proovinud embrüonaalsete tüvirakkude eristamist seda tüüpi rakkudeks, seega on ravi paljutõotav.
Rakupuuduse ravi
Teadlased loodavad ühel päeval, et suudavad laboris välja töötada terved südamerakud, mida nad saaksid südamehaigustega inimestele siirdada.
Need uued rakud võivad parandada südamekahjustusi, asustades südame uuesti terve koega.
Samamoodi võiksid I tüüpi diabeediga inimesed saada pankreaserakke insuliini tootvate rakkude asendamiseks, mille nende endi immuunsüsteem on kaotanud või hävitanud.
Ainus praegune teraapia on pankrease siirdamine ja siirdamiseks on saadaval väga vähe pankrease.
Verehaiguste ravi
Nüüd kasutavad arstid regulaarselt täiskasvanute vereloome tüvirakke selliste haiguste nagu leukeemia, sirprakulise aneemia ja muude immuunpuudulikkuse probleemide raviks.
Vereloome tüvirakud esinevad veres ja luuüdis ning võivad toota kõiki vererakutüüpe, sealhulgas punaseid vereliblesid, mis kannavad hapnikku, ja valgeid vereliblesid, mis võitlevad haiguse vastu.
Tüvirakkude annetamine või koristamine
Inimesed saavad annetada tüvirakke lähedase abistamiseks või tulevikus nende enda tarbeks.
Annetusi võib saada järgmistest allikatest:
Luuüdi: Need rakud võetakse üldanesteetikumi all, tavaliselt puusa- või vaagnaluust. Seejärel isoleerivad tehnikud tüvirakud luuüdist säilitamiseks või annetamiseks.
Perifeersed tüvirakud: inimene saab mitu süsti, mis põhjustavad tema luuüdis tüvirakkude verre eraldumist. Järgmisena eemaldatakse kehast veri, masin eraldab tüvirakud ja arstid tagastavad vere kehasse.
Nabaväädi veri: tüvirakke saab nabaväädi küljest korjata pärast sünnitust, kahjustamata seda lapsele. Mõni inimene annetab nabaväädi verd ja teine hoiab seda.
See tüvirakkude koristamine võib olla kallis, kuid tulevaste vajaduste eelised hõlmavad järgmist:
- tüvirakkudele on hõlbus juurdepääs
- vähem võimalust siirdatud kude tagasi lükata, kui see pärineb retsipiendi enda kehast
Teadusuuringud ja teaduslikud avastused
Tüvirakud on kasulikud mitte ainult potentsiaalsete ravimeetoditena, vaid ka teadusuuringute eesmärgil.
Näiteks on teadlased leidnud, et konkreetse geeni sisse- või väljalülitamine võib põhjustada selle eristumise. Selle teadmine aitab neil uurida, millised geenid ja mutatsioonid millist mõju põhjustavad.
Selle teadmise abil on neil võimalik avastada, mis põhjustab mitmesuguseid haigusi ja seisundeid, millest mõnel pole veel ravi.
Ebanormaalne rakkude jagunemine ja diferentseerumine on põhjustatud haigustest, mis hõlmavad vähki ja sünnist tulenevaid kaasasündinud puudeid. Teadmine, mis põhjustab rakkude valesti jagunemist, võib kaasa tuua ravi.
Tüvirakud võivad aidata ka uute ravimite väljatöötamisel. Selle asemel, et ravimeid vabatahtlikel inimestel katsetada, saavad teadlased hinnata, kuidas ravim mõjutab tervet ja tervet kude, testides seda tüvirakkudest kasvanud koel.
Video: mis on tüvirakud?
Tüvirakkude kohta lisateabe saamiseks vaadake videot.
Vaidlused
Tüvirakkude uuringute osas on olnud mõningaid vaidlusi. See on seotud peamiselt embrüonaalsete tüvirakkudega seotud tööga.
Embrüote kasutamine tüvirakkude jaoks
Argument embrüonaalsete tüvirakkude kasutamise vastu on see, et see hävitab inimese blastotsüsti ja viljastatud munarakk ei saa inimeseks areneda.
Tänapäeval otsivad teadlased võimalusi tüvirakkude loomiseks või kasutamiseks, mis ei hõlma embrüoid.
Inimeste ja loomade segamine
Tüvirakkude uurimine hõlmab sageli inimrakkude sisestamist loomadesse, näiteks hiirtesse või rottidesse. Mõned inimesed väidavad, et see võib luua organismi, mis on osa inimesest.
Mõnes riigis on embrüonaalsete tüvirakkude tootmine ebaseaduslik. Ameerika Ühendriikides saavad teadlased luua või töötada embrüonaalsete tüvirakkude liinidega, kuid föderaalfondide kasutamine on keelatud pärast 2001. aasta augustit loodud tüvirakuliinide uurimiseks.
Tüvirakkude ravi ja FDA reguleerimine
Mõned inimesed pakuvad juba tüvirakkude ravimeetodeid mitmel eesmärgil, näiteks vananemisvastaseid ravimeetodeid.
Kuid enamikul neist kasutusviisidest pole USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA) heakskiitu. Mõni neist võib olla ebaseaduslik ja mõni ohtlik.
Igaüks, kes kaalub tüvirakkude ravi, peaks teenuse pakkujalt või FDA-lt kontrollima, kas tootel on heakskiit ja kas see on valmistatud viisil, mis vastab FDA ohutuse ja tõhususe standarditele.
