Mindent az őssejtektől

Az őssejt egy alapsejt, amely képes osztódni és valamilyen speciális sejtté alakulni (pl. izomsejtté, idegsejtté, májsejtté vagy bőrsejtté). Az a szövet, amely kellő mennyiségben és minőségben tartalmaz őssejtet, sérülést követően képes lehet a teljes regenerációra. Ilyen például a bőr vagy a máj. Azok a szövetek, amelyek kevesebb őssejtet tartalmaznak vagy szinte egyáltalán nem tartalmaznak őssejtet, sérülés esetén heggel regenerálódnak. A hegszövet azonban sosem olyan jó minőségű, mint az eredeti szövet.

Melyik szövettípusban található sok őssejt és melyikben kevés?

• Sok őssejt található például a bőrben, a vérben, a csontvelőben, a bélhámban, a májban, ezek a szövetek tehát remekül regenerálódnak. Kicsit megtévesztő lehet, hogy gyakran mégis látunk heget a bőrfelszínen. Nos, ha mélyebb volt a sérülés és nem csak a bőrt, hanem a bőr alatti kötőszövet mélyebb rétegeit is érintette, heg keletkezik. A kötőszövetben ugyanis kevés az őssejt, így heggel gyógyul, és ez bizony a bőrfelszínt is érinti
• kevés és lassan osztódó őssejt található az ínban, szalagokban, porcban. Ezek a szövetek tehát nehézkesebben, vagy szinte egyáltalán nem regenerálódnak. Ezért nem lehet meggyógyítani a porckopást (porcépítővel és műtéttel sem), és ezért nem lesz soha a régi az egyszer elszakadt ín vagy szalag, hiába műtik meg
• Gyakorlatilag nincs őssejtje, ezért alig-alig regenerálódik a központi idegrendszer (agy, gerincvelő) és a szívizom. Ez az oka annak, hogy infarktus után a károsodott terület heggel gyógyul, nem új szívizommal, tehát a szív teljesítőképessége nagy mértékben csökken

Milyen őssejt típusok léteznek és melyik miben jó?

A közhiedelemmel ellentétben nem csak egyféle őssejt létezik. 4 fő típust különíthetünk el:

1. Totipotens őssejt: Az őssejtek királya. Kizárólag a zigótában, tehát a megtermékenyített petesejtben található meg a megtermékenyítés utáni első 4–5 napban, szóval elég rövid életű. Ebből alakul ki minden szövet, maga a magzat, a köldökzsinór és méhlepény is (bizony, a méhlepényt nem az anya szervezete hozza létre, hanem a zigóta)

2. Pluripotens őssejtek: Ahogy az embrió fejlődik, a sejtek pluripotenssé alakulnak át. Pluripotens őssejtek tehát kb. az 5. naptól a 2–3. hétig találhatóak meg az emberi (magzati) testben. A pluripotens őssejtek nem képesek létrehozni egy teljes emberi szervezetet, erre csak a totipotens őssejtek képesek, viszont bármilyen sejtté át tudnak alakulni korlátozás nélkül. Ez hatalmas potenciált jelenthet a gyógyításban. Ha sikerülne a pluripotens őssejteket valahogyan a magzati életet követően is visszacsempészi az emberi testbe, olyan szövetek is regenerálódhatnának, amelyek jelenleg nem képesek rá, lásd idegsejtek, szívizomsejtek, porcok, inak stb. Erről szól majd a harmadik és negyedik rész.

3. Multipotens őssejtek: A pluripotens őssejteket a magzati lét 3. hetének környékén felváltják a multipotens őssejtek, és ezek életünk végéig velünk maradnak. Magyarul mind a gyermekek, mind a felnőttek rendelkeznek multipotens őssejtekkel, és az a bizonyos köldökzsinórvér is ilyen multipotens őssejteket tartalmaz. A multipotens őssejtek szintén többféle sejtté át tudnak alakulni, de a pluripotens őssejtektől eltérően ők már csupán egyetlen szövettípus-családon belül. Íme néhány példa:

• a csontvelőben található ún. hematopoetikus őssejtek csak vörösvérsejteket, fehérvérsejteket és vérlemezkéket tudnak létrehozni, tehát pl. izomsejtté nem tudnak alakulni
• a csontvelőben, zsírszövetben, köldökzsinórban, fogbélben megtalálható mezenchimális őssejtek képesek átalakulni osteoblasttá (csontsejt), chondrocytává (porcsejt), adipocytává (zsírsejt) vagy myocytává (izomsejt). Bár ez alapján úgy tűnhet, hogy a mezenchimális sejtekkel regenerálni lehet a porcot vagy ínat, valójában mégsem ilyen egyszerű a történet, de erről majd a következő részben
• a neurális őssejtek pedig képesek átalakulni neuronná (idegsejt) vagy gliasejtté, azaz az idegsejtek munkáját támogató sejtté

4. Unipotens őssejtek: az emberi testben a multipotens őssejtek mellett ún. unipotens őssejteket is találhatunk, ezek csak egyféle sejtté tudnak átalakulni. Ilyenek például

• az izom szatellit sejtjei csak vázizomsejtet képesek létrehozni, ezek biztosítják az edzés utáni regenerálódást, vagy egy izomsérülés utáni teljes gyógyulást
• a bőr bazális őssejtjei bőrsejtekké differenciálódhatnak, és szerencsére nagyon jók is benne, ezért újul meg relatíve könnyen a bőr egy sérülést követően
• a bélhám ún. kripta őssejtjei bélhámsejtekké tudnak alakulni, és a bélnek szintén remek a regenerációs képessége
• az inak és szalagok sejtjei csakis ín és szalagsejteket képesek létrehozni. Ezekből viszont olyan kevés van, hogy az inak és szalagok elég rosszul regenerálódnak
• a szívizomnak és a porcoknak pedig gyakorlatilag egyáltalán nincs unipotens őssejtje, így nem képesek a teljes regenerálódásra

Az eddigiekből láttuk, hogy az inak, szalagok, porc, a központi idegrendszer és a szívizom (és ilyen a szemlencse és a fogzománc is) egyáltalán nem, vagy csak nagyon kis mennyiségben tartalmaz őssejtet, így rendkívül rosszul regenerálódik. Ezért nem lehet meggyógyítani a porckopást, és ezért nem lesz soha a régi az infarktuson átesett szív, vagy az egyszer elszakadt ín. Ha valamilyen módon sikerülne őssejtben gazdaggá tenni ezeket a szöveteket, az forradalmi változást hozhatna rehabilitációs téren.

Hogyan segíthetnek az őssejtek a rehabilitációban és mi az a regeneratív orvoslás?

Az őssejtek életünk minden percében folyamatosan dolgoznak a testünkben, hisz állandóan megújul a bőrünk, pótlódnak a vérsejteink, regenerálódnak az izmaink. Ahogy azonban az előzőekből láttuk, vannak olyan szövetek a testünkben (inak, szalagok, porcok, szívizom, központi idegrendszer), amelyekben nincs, vagy csupán nagyon kevés az őssejt, tehát nem képesek megújulni, maradéktalanul regenerálódni. A regeneratív orvoslás egyik legfőbb célkitűzése tehát az, hogy valamilyen módon bejuttassunk őssejteket ezekbe a szövetekbe. Ez azonban korántsem olyan egyszerű, mint ahogy gondolnánk. Nézzük, mi a gond az egyes őssejt típusokkal!

1. Unipotens őssejtek beültetése

Első ránézésre logikusnak tűnhet, hogy ha adott egy szövet-specifikus (unipotens) őssejt, akkor ezt beültetjük oda, ahova kell és kész is a regeneráció. A valóság sajnos ennél jóval bonyolultabb. Hiába lenne kézenfekvő az unipotens őssejtek beültetése, miután a porcoknak nincs saját unipotens őssejtjük, ez a megoldás szóba sem jöhet mondjuk egy porcsérülés esetén. De mi a helyzet az inakkal? Az inaknak van saját őssejtjük, az ún. TDSC (tendon-derived stem cells) őssejt, tehát elméletileg működhetne a beültetés. A gond csak az, hogy számos tényező akadályozza az unipotens őssejtes regenerációt:

• az inaknak és szalagoknak nagyon rossz a vérellátása, tehát kevés tápanyaghoz és oxigénhez jutnak. Márpedig a regenerációhoz nem elég az őssejt, rengeteg tápanyagra és oxigénre is szükség van a hosszú épülési folyamat során
• További nehezítő tényező, hogy a sérülés gyulladással jár, és gyulladás során keletkező ún. gyulladásos mediátorok bontják a porcsejteket és a sejtek közötti állományt. Kvázi megtámadják és kinyírják a beültetett őssejteket
• Szintén komoly nehézséget jelent, hogy nem elég beültetni az őssejteket, biztosítani kell a folyamatos mechanikai ingert (ín és szalagok esetében tenzió, azaz húzóerő) ahhoz, hogy épüljön a szövet. És arra is figyelni kell, hogy rendkívül precízen adagoljuk a mechanikai ingert, ha túl kevés az inger, nem épül fel a szövet, ha túl sok, sérül az épülő struktúra
• végül komoly problémát jelent az ín-csont átmenet (enthesis) létrehozása. Ezt a fokozatos átmenetet (ínszövet - rostos porc – üvegporc - csont) magától nem képes megújítani a szervezet, és az őssejt sem segít. Az ín unipotens őssejtje ugyanis kizárólag ínsejtet tud létrehozni, porcot és csontot nem

2. Multipotens őssejtek beültetése

Ok, de akkor miért nem ültetünk be multipotens őssejteket? Hisz felnőttkorban is van olyan multipotens őssejtünk (a mezenchimális őssejt), amely képes porc- vagy ínsejtté is átalakulni, tehát elméletileg képes arra, hogy az ín-csont átmenetet helyreállítsa.

A helyzet az, hogy gyakorlatilag pontosan ugyanazokkal a problémákkal kell szembenéznünk a mezenchimális őssejtek beültetése esetén is, mint az unipotens őssejteknél (rossz vérellátás, gyulladásos mediátorok, folyamatos mechanikai stimuláció), sőt, adódnak még extra nehézségek is:

• a beültetett mezenchimális őssejtek hajlamosak rossz irányba differenciálódni. Laboratóriumi körülmények közt ugyan gyönyörűen átalakulnak porc- vagy ínsejtté, de élő szervezetben sajnos jellemzően a könnyebb utat választják, porc esetében nem hialinporcot, hanem rostos porcot hoznak létre, ín esetében pedig nem erős és stabil I-es típusú, hanem gyenge III-as típusú kollagént építenek. Létrejöhet tehát egy porcréteg és/vagy egy ín, de közel nem olyan minőségű, mint az eredeti
• amennyiben ínregenerációra használjuk, honnan értesül az őssejt arról, hogy az ín-csont átmenet különböző pontjaira milyen szövetet építsen?
• ráadásul arról sem szabad elfeledkeznünk, hogy az életkor előrehaladtával a mezenchimális őssejtek száma és ereje csökken, tehát épp az idősebb betegeknél, ahol gyakoribb a porckopás és ínsérülés, jóval nehezebb megfelelő minőségű mezenchimális őssejtet találni

3. Totipotens vagy pluripotens őssejtek beültetése

A totipotens vagy pluripotens őssejtek beültetése több problémát is megoldana a korábban felsoroltak közül:

• minden sejttípussá képes alakulni (izom, ideg, ín, csont, máj stb.). Ez azt jelenti, hogy elméletileg bármilyen sérült szövet megújítására alkalmas
• Fiatal, nagy osztódási potenciállal rendelkező sejt, így nagyobb a regenerációs potenciálja
• Komplex szövetek létrehozására is alkalmas, tehát elméletileg az ín–csont átmenetet (enthesis) is létre tudja hozni

OK, de akkor mi a gond vele?

• ha nem pontosan szabályozzuk, kontrollálatlanul osztódhatnak, tehát nagy a daganatképződés veszélye
• nehéz irányítani ezeket az őssejteket, gyakorlatilag szinte lehetetlen elérni, hogy csak a kívánt sejttípust alakítsák ki (azaz ne csontot vagy zsírszövetet építsenek a porc helyére)
• végül a legfőbb gond: totipotens és puripotens őssejtek kizárólag az embrióban találhatóak. Az embrionális őssejtek felhasználása viszont igen komoly etikai problémákat vet fel, hisz el kell pusztítani hozzá az embriót

Megoldás - teljes regeneráció

2006-ban Shinya Yamanaka japán kutató felfedezte, hogy a felnőtt sejtek (pl. a bőrsejt vagy a vérsejtek) egy speciális eljárással visszaprogramozhatóak pluripotens őssejt állapotba, és létrehozta az első iPS, azaz indukált pluripotens sejteket. Miért jó ez nekünk?

• Etikai szempontok és hozzáférhetőség: Ezek a sejtek ugyanolyan pluripotensek, mint az embrionális sejtek, azaz bármilyen sejtté át tudnak alakulni, ám sokkal könnyebben és etikusabban hozzáférhetőek, hisz nem kell embrió a kinyerésükhöz
• Személyre szabott medicina: a páciens saját sejtjeiből is előállítható, azaz elméletileg nem fenyeget a kilökődés veszélye
• Mik a nehézségek?
• nem elég pluripotenssé tenni a sejtet, a pluripotens sejteket még át kell alakítani olyan sejtté (pl. ínsejt vagy porcsejt), amilyenre szükség van az adott szövetben
• a mesterségesen létrehozott ín- vagy porcsejtek önmagukban nem képesek stabil 3 dimenziós szövetet kialakítani, ezért be kell ültetni ezeket valamilyen biovázba, ún. scaffoldba (pl. kollagén, fibrin, selyem, PLGA, nanofiberek). Ennek a váznak (scaffoldnak) biztosítania kell a mechanikai tartást, a sejtek optimális berendeződését, illetve a tápanyag és oxigénellátást a teljes regenerálódási folyamat során
• a szövet fejlődéséhez szükség van a megfelelő időzítéssel és sorrendben érkező növekedési faktorokra
• Az új szövet éréséhez elengedhetetlen a fokozatos, kontrollált terhelés

Akkor mi a megoldás?

Az ideális terápia a közeljövőben valahogy így fog kinézni:

1. Páciens saját sejtjeiből iPS-t állítanak elő
2. Speciális növekedési faktorokkal az iPS sejteket átalakítják a szükséges sejtté (ín, porc stb.)
3. Beágyazzák a sejteket egy biovázba (scaffoldba)
4. Laboratóriumi körülmények közt növekedési faktorokkal és mechanikai stimulációval előnevelik a szövetet – ezt nevezik szövetmérnökségnek
5. Beültetés után pedig a páciens rehabilitációját szenzorok és AI vezérli, hogy a szövet optimálisan fejlődjön és érjen

A kutatások már gőzerővel folynak, méghozzá igen biztató eredményekkel. Vélhetően 8-10 éven belül megvalósulhat az inak, porcok, vagy akár a szívizom teljes regenerációja. És ez nem scifi, hanem maga a valóság.

Feövenyessy Krisztina
a Feövenyessy Medica Fitness Akadémia vezetője