Search Posts

stamceller-del2

STAMCELLER

Hvad er kimære-mus og knockout-mus?

Kimære-mus indeholder væv fra to forskellige musestammer. Det kan frembringes ved at blande celler fra blastocyststadiet af de to musestammer. Hvis der under processen er fjernet et gen taler man om en knockout-mus (og hvis der er tilføjet et gen, taler man om knock-in mus).

STAMCELLER

Hvad er sammenhængen mellem stamceller og kræft?

Stamceller kan også være en forklaring på kræft: Når niche-mikromiljøet omkring stamcellerne ikke er optimalt, sker der måske en selektion af stamceller, som ikke mere er afhængige af de selv-fornyende signalfaktorer, og sådanne stamceller kan tænkes at være forstadier for kræft-stamceller, som kan medføre kræftsygdomme ( Se kilde).

Måske bliver det inden for kræft, at stamceller kommer til at give store resultater. Man er nemlig blevet klar over, at kræft er stamceller, som kroppen har mistet kontrollen over, idet syge og muterede stamceller kan give kræft. Bestemte gener i stamcellerne er afgørende for, hvordan cellerne differentierer sig. Hvis disse gener forstyrres, kan de ikke længere kontrollere stamcellernes korrekte udvikling og formering, og dette kan føre til fremkomsten af kræftsvulster ( Se kilde).

Når en stamcelles trinvise differentieringsproces går i gang, programmeres der nye specialiserede celler med et genetisk "landkort", der er bestemmende for, hvilke celletyper, de udvikler sig til. Under denne proces mister stamcellerne evnen til at differentiere sig i enhver retning. Men noget kan gå galt i selve differentieringsprocessen.

Hvis man indsætter embryonale stamceller i en mus med nedsat immunforsvar, udvikler de sig straks til kræftceller. Det er i virkeligheden ikke så overraskende, for per definition minder stamceller over ordentlig meget om kræftceller: De vokser uhæmmet og ubegrænset og prøver at skabe væv og organer.

Forskningen af stamceller har åbnet op for et helt nyt perspektiv på kræft, efter at det er blevet erkendt, at grundlaget for kræft er kroppens egne stamceller. Der er tilmed blevet fremsat den teori, at kræft i bund og grund er stamceller, som er blevet ufølsomme for styrende og begrænsende signalstoffer fra deres omgivelser, måske nærmest som om en del af stamcellernes genetiske styring igen var blevet til noget af det, som kendes fra de dyrkede, embryonale stamceller.

Man stiller nu ligefrem spørgsmålet: Findes der overhovedet kræftformer, hvor stamceller ikke er involveret? Forskningsresultater tyder nemlig på, at kræftknuder vokser og spreder sig ved hjælp af stamceller.

Når man studerer kræft er man nu begyndt at opdage stamceller på de steder, hvor en kræftsygdom hærger. Danske forskere fra Panum Instituttet var f.eks. med til at vise, at brystkræft muligvis udspringer fra en stamcelle i brystet, og amerikanske forskere har af normalt væv kunnet frembringe kunstigt skabte brystkræftstamceller ( Se kilde).

Forskere fra Michigan Universitet har identificeret en menneskelig kræftstamcelle fra bugspytkirtlen, og har fundet tegn på, at disse celler er ansvarlige for tumorens aggressive vækst. Studiet understøtter den fremherskende idé om, at stamceller er skyld i noget, hvis ikke al kræft ( Se kilde).

Stamcellerne, som i princippet ville kunne give os evig ungdom, er altså også vores akilleshæl. Stamcellerne fornyr kroppen, men hvis de bliver brugt for meget, vil de mange differentieringsforløb øge risikoen for kræft!

Den evige ungdom er derfor nok ikke en mulighed. Men stamcellerne kan omvendt også tænkes at hjælpe os i kampen mod kræft – nemlig, hvis man kan vaccinere kroppen mod kræftdannende stamceller. Kræftcellerne har – afhængig af typen af kræft – bestemte overfladeproteiner, og de relevante stamceller vil nok danne de samme overfladeproteiner, når de udvikler sig til kræftceller. Man burde så kunne vaccinere imod dem.

Der er faktisk lavet et (i 2007 endnu ikke publiceret) studie, som viser, at en sådan vaccinationsstrategi er en realistisk mulighed. Hvis man vaccinerer mus med embryonale stamceller beskyttes musene mod at få lungekræft. Vacciner mod kræft kan altså tænkes at blive et overraskende og uforudset spin-off fra stamcelleforskningen ( Se kilde).

Stamcellernes evne til at forny sig selv gør dem i stand til at forny dårligt fungerende væv, – men rummer samtidig en risiko for kræftudvikling. Der er derfor bekymring over, om celler, som er dannet ud fra stamceller, vil blive til kræftceller, hvis de er blevet påvirket på uheldig måde under dyrkningen i laboratoriet.

Man har påvist, at når embryonale stamceller fra mus dyrkes i laboratoriet, kan der opstå fejl i epigenesen. F.eks. kan en kopi af IGF2-genet aktiveres, selv om den burde forblive inaktiv. Dette fordobler risikoen for, at en kræftfremmende mutation kan medføre svulstudvikling.

Man ved fra forsøg, at hvis blot en enkelt stamcelle slår sig ned et forkert sted, kan det medføre en kræftsvulst. Det ses i hvert fald hos de "nøgne mus", som er en musestamme, som mangler brisselen (thymus), og hvor musen derfor ikke har noget T-lymfocyt- baseret immunforsvar ( Se kilde 5185 side 90).

Der er det problem ved anvendelse af dyrkede embryonale stamceller til celleterapi, at alle de embryonale stamceller forinden må være differentieret. Hvis blot en enkelt celle stadig er udifferentieret risikerer man, at den danner en kræftsvulst i patienten. Der vil være en risiko for kræftudvikling, hvis man ikke har helt styr på, hvilke celletyper, som transplanteres tilbage i patienten. Måske vil man kunne fjerne risikoen for kræftsvulster ved at blokere Nanog-proteinet eller en anden nødvendig faktor i de transplanterede embryonale stamceller, så de ikke kan holde sig evig unge og så de dermed ikke mere kan udgøre en kræftrisiko ( Se kilde 5185 side 25).

Testikelkræft skyldes måske ukontrolleret vækst (teratokarcinom) af de embryonalstamceller, som danner kønscellerne.

I testiklerne hos 1% af unge danske mænd findes celler, som i 20-30 års alderen danner kræft. Disse kræftceller er pluripotente celler, som ligner de dyrkede, embryonale stamceller, og som aldrig er blevet differentieret færdigt. Det kan skyldes, at der er kommet problemer for de signalproteiner, som styrer differentieringen af de pluripotente celler, som giver ophav til de dyrkede, embryonale stamceller. Differentieringen er nemlig af ukendt grund gået i stå i testikelkræftcellerne, så de stadig har bevaret evner, som hos dyrkede, embryonale stamceller. Testikelkræftceller synes at være pluripotente celler, som ligner de dyrkede, embryonale stamceller, og en ukendt hormonpåvirkning under kvindens tidlige graviditet (måske fra hudcremer, kosmetik eller mad) påvirkede hendes drengefosters testikelceller, så de ikke differentierede sig, som de normalt skal gøre.

Evnen til at kunne danne kræft er karakteristisk for dyrkede, embryonale stamceller, og bruges faktisk til at bevise, at embryonale stamceller, som man har dyrket i længere tid, stadig er embryonale stamceller, dvs. at de ikke har differentieret sig og derved mistet deres pluripotente evne (som kan udtrykkes som kræftcelleudvikling).

Specielt må man altså være opmærksom på, at de, hvis cellerne deler sig ubegrænset, vil kunne medføre kræft. Det kan dog formentlig undgås, hvis de transplanterede celler alle er differentierede.

Man får flere og flere beviser for en sammenhæng mellem hjernesvulster og neurale stamceller. Det næste store skridt for en videreudvikling af teorien om, at stamcellerne kan medføre hjernetumor, vil være at opnå viden nok til at styre en proces, hvorved cellerne kan modificeres til at danne en tumor, så man kan bevise princippet for denne kræftudvikling ( Se kilde).

Ved omprogrammering af en hudcelle under anvendelse af signalstoffer opdagede man, at mindst én af faktorerne, nemlig genet c-myc, er et gen, som kan fremkalde kræft. Det viste sig da også, at ca. 20% af de embryoner, som indeholdt de embryonal-lignende stamceller, udviklede kræft, som skyldtes, at c-myc genet var blevet aktivt ( Se kilde).

Nogle stamceller fusionerer med andre celler, og danner hybridceller, som kan udbedre vævsskader, men de kan måske også tænkes at være årsag til kræft ( Se kilde 5185 side 45).

Genterapi kan eksperimentelt ske ved at indføre generne ved hjælp af retrovirus, og dette ville ikke kunne bruges til mennesker, fordi retrovirus indsætter generne tilfældige steder i cellernes genom, og dermed risikerer man at udløse en kræftudvikling ( Se kilde).

Nogle stamceller har ikke tendens til at udvikle sig til kræftceller, det gælder f.eks. skeletmusklernes myoblaster.

Det ser heller ikke ud til, at fostervandsstamcellerne kan udvikle sig til tumorer, sådan som det er tilfældet med de embryonale stamceller (det er faktisk en definition på embryonale stamceller, at de skal virke som kræftceller i immundefekte mus; stamceller fra navlestrengsblod, moderkagen eller testikelvæv har ikke denne kræftvirkning på immundefekte mus).

Mediedækningen af stamcelleområdet risikerer at fokusere urimeligt på kræftrisikoen, uden hensyn til at et forsøg er gjort med én stamcellekultur og i én bestemt sammenhæng. Danske forskere viste f.eks. at voksne stamceller, som ved gensplejsning var gjort langtidslevende, viste kræfttendenser (ikke overraskende, da langtidslevende og -delende celler er sådan), blev det i medierne udråbt til, "stamcellebehandling kan give kræft". Men stamcellebehandling sker under mange forskellige forhold, og er ofte uden tegn på kræftrisiko. (Indgivelse med udifferentierede embryonale stamceller rummer kræftrisiko, men det er velkendt).

STAMCELLER

Hvordan kan stamceller bruges til medicinsk forskning?

Man håber at finde behandlinger, der virker lige så godt, som når kroppen f.eks. let af sig selv klarer at helbrede en hud afskrabning ved hjælp af hudens egne stamceller. Nogle forskere mener, at man er meget tæt på at kunne behandle sygdomme i knoglemarven, blod- og immunsystemet ved at bruge celle udskiftningsbehandlinger under brug af stamceller fra knoglemarv, blod eller navlestrengsblod ( Se kilde).

STAMCELLER

Kan man dyrke organer ud fra stamceller?

Man arbejder på at lave organer såsom lever og blodkar. Man kan tage en urinblære-vævsprøve på et par centimeters størrelse og dyrke vævsprøven på en urinblærelignende form af kollagen.

Endnu har man ikke kunnet fremdyrke en hel ny urinblære på den måde ( Se kilde 5412 side 55). Man arbejder på at lokke stamceller til at blive insulinproducerende.

Stamceller i brystimplantater
Et forsøg i Japan har påvist, at stamceller kan hjælpe til at genoprette det manglende væv hos kvinder, der har fået fjernet dele af brystet i forbindelse med brystkræft. Stamcellerne blev isoleret fra eget fedtvæv, og kan sammen med fedt-celler (ligeledes fra kvinden selv) udgøre en ny form for bryst implantat. En amerikansk stamcelle virksomhed, Cytori Therapeutics, har gjort opdagelsen. Effekten er vist på over 40 kvinder i Japan. Stamcellerne blev sammen med fedtvæv sprøjtet ind i det relevante område, og cellerne gav sig derefter til at udfylde hulrummet. Hvis man nøjes med at indsprøjte fedt-celler i brystet, vil de med tiden blive nedbrudt, men det sker ikke, hvis der indsprøjtes stamceller samtidigt ( Se kilde 5415 og5443).

Stamceller til bruskskader
Kroppens evne til at reparere bruskskader er ikke så god. Derfor har man bl.a. i Norge anvendt bruskdyrkning udenfor menneskekroppen. Men brusk, der er udviklet fra stamceller, vil formentlig være endnu bedre til at tilpasse sig kroppen end personens egne bruskceller, blandt andet når det drejer sig om at udvikle de mekaniske egen skaber ved brusk.

Den gængse metode til bruskdyrkning indebærer, at man tager et lille bitte stykke brusk fra patientens knæ, og sender det til laboratoriet, hvor f.eks. 2000 celler dyrkes i et miljø med høj kuldioxidkoncentration og lav iltkoncentration.

I løbet af to uger bliver de til f.eks. 40 millioner celler, som kan transplanteres tilbage i patienten. Fordelen ved i stedet at bruge stamceller ville derimod være, at de kan tages ud overalt på kroppen, f.eks fra fedt, knoglemarv eller ledhinder. Til gengæld kan stamcellerne blive til mange forskellige celler, og de må derfor have "rigtig besked", f.eks. ved at man giver dem samme vækstvilkår som bruskceller, dvs. hiver og flår lidt i dem, fordi bruskceller er vant til sådanne belastninger. Forsøg med kaniner har givet lovende resultater, og stamcelletransplantationer på mennesker for at danne brusk vil formentlig snart kunne udføres.

Metoden vil også betyde, at det kirurgiske indgreb bliver mindre, idet brusk, som dyrkes med stamceller, blot kan sprøjtes ind i området, idet det kan trænge ind i en åbning på f.eks. blot otte millimeter i huden. På denne måde vil patienten kunne forlade hospitalet samme dag som transplantationen finder sted ( Se kilde).

Det danske biotekselskab Interface Biotech A/S (www.interfacebio.com ) leverer opdyrkede bruskceller til autolog chondrocyt-implantation (ACI-teknik) og forsker i øvrigt i stamceller med henblik på at udvikle fremtidige produkter til reparation af andre vævstyper også. Coloplast A/S erhvervede i 2007 en større aktiepost i Interface Biotech A/S.

STAMCELLER

I hvilke organer findes stamceller?

Måske findes der stamceller i alle væv. De reparerer og er i reserve, men de kan være svære at finde. Stamceller kendes fra mange forskellige organer, og findes måske i alle organer i kroppen. Man inddeler stamcellerne i tre hovedtyper: Embryonale stamceller (ES-celler), germceller (EG-celler) og voksne stamceller ("AD-celler": adult stem cells). Voksne stamceller kaldes også "somatiske stamceller".

I de fleste væv findes der en lille procentdel af "stamceller", som er i stand til at forny sig selv. Under de rette betingelser laver de datterceller, som kan blive til de specialiserede celler, som skal udskiftes. Under fosterudviklingen er stamcellerne ansvarlige for dannelsen af de forskellige celletyper og organer. Senere er de ansvarlige for regenerationen af cellerne i disse væv.

Vi indeholder mindst 230 celletyper
Et voksent menneske består af ca. tusinde millioner millioner celler, og menneskekroppen har mindst 230 forskellige celletyper, f.eks. nerveceller, leverceller, hudceller, blodets celler osv.

De fleste celler i kroppen er specialiserede i at udføre en helt speciel funktion. Nogle af de meget specialiserede celler deler sig sjældent eller slet ikke.

I hjernen og visse andre organer dannes næsten alle cellerne tidligt under udviklingen. De fortsætter så med at være levende livet igennem – bortset fra et relativt lille antal celler, som dør hvert år.

I andre væv, bl.a. huden og blodet, skades cellerne meget hurtigt og dør. Kroppen må derfor have et system, som kan erstatte sådanne celler.

STAMCELLER

Hvilken udvikling gennemgår stamcellerne?

Zygoten – den første stamcelle

Individets første stamcelle er zygoten, dvs. den celle, som dannes ved, at en sædcelle befrugter en ægcelle (oocyt). Zygoten er en totipotent stamcelle. Det betyder, at den kan udvikle sig til alle celletyper i kroppen, samt til de embryonceller, som indgår i moderkagen (placenta), fosterhinderne og navlestrengen.

I den første tid efter befrugtningen gennemgår zygoten en række celledelinger. Medens disse første celledelinger sker, befinder embryonet sig stadig i æggelederen. Cellerne fører til et embryon, som består af identiske celler. Disse celler er alle "totipotente", dvs. at de kan danne alle slags celler og væv. Som man ved fra enæggede tvillinger, trillinger, firlinger osv., der er monozygotiske (dvs. dannet ud fra én zygote), kan hver af disse celler udvikle sig til et helt menneske. Enæggede tvillinger kan f.eks. dannes ved, at en klump totipotente celler deles i to klumper (eller at de første to celler fra den første zygote deling adskilles). Monozygote tvillinger er genetisk identiske. I den udstrækning de udvikles forskelligt, skyldes det altså miljøet, ikke arv.

Morula og blastocyst
Efter ca. 4 dage er embryonet nået til morula-stadiet. Det er en kompakt celleklump på 32-128 celler, der alle er totipotente. Men herefter begynder cellerne at specialisere sig.

Når den kompakte morula-celleklump har udviklet sig til en hul cellebold, taler man om blastocyst-stadiet (hvilket man også kunne kalde "cellebold- stadiet").

Totipotente stamceller
Alle celler i kroppen har samme arveanlæg, men de har forskellig adgang til at bruge deres arveanlæg. De totipotente stamceller er mindre begrænsede, da de via en række celledelinger kan blive til alle slags celletyper.

De totipotente stamceller i et menneske udgør zygoten og zygotens efterkommere, men kun til og med de ca. 32-128 celler, som udgør morulastadiet. Kun de totipotente celler kan danne et helt menneske.

Pluripotente stamceller
Pluripotente stamceller kan danne alle tre kimskivelag, dvs. at de kan danne alle typer af celler, men de kan ikke som de totipotente celler danne et helt menneske, fordi de gener, som skal aktiveres for bl.a. at danne moderkagen, er blokeret. Så selv om en pluripotent stamcelle indsættes i en livmoder, vil den ikke kunne udvikles til et nyt individ. De pluripotente stamceller i et menneske er dels blastocystens indre celler, som kan give ophav til dyrkede embryonale stamceller, dels germceller fra fosteret og muligvis visse typer af voksne stamceller.

Multipotente stamceller
Multipotente stamceller er voksne stamceller, som kan differentiere sig til de mange celletyper, som findes i et bestemt væv eller et bestemt organ. F.eks. er de hæmatopoietiske stamceller multipotente, fordi de kan differentiere sig til alle de celletyper, som findes i blodet.

Unipotente stamceller
Unipotente stamceller er celler, som ud over at forny sig selv kun kan differentiere til én enkelt moden celletype. F.eks. er sædcellernes stamceller (spematogonierne) unipotente, da de kun kan blive til én celletype, nemlig sædcellen. Stamcellernes indskrænkning i udviklingsmuligheder (potensitet) går altså fra totipotens via pluripotens og multipotens til unipotens.

Progenitorceller
Progenitorceller er "kommittede" forløberceller, som har kommittet sig til at blive til én eller nogle få bestemte celletyper. De har altså kommittet sig til at udvikle sig i én bestemt retning. (Primitive stamceller er derimod ukommittede, dvs. at de kan blive til mange forskellige typer celler).

Stamceller har fleksibel cellekerne. Cellekernerne i stamceller er særlig bløde og bøjelige, har biofysikere ved Pennsylvanias universitet opdaget. Bøjeligheden af cellekernen gør det lettere for disse celler at vandre gennem kroppen og indtage forskellige strukturformer, – måske giver bøjeligheden også lettere adgang til den rigtige cellekernesektor, når bestemte gener skal aktiveres for at stamcellen kan indtage en bestemt celletypefunktion. Forskerne trak cellekerner gennem mikroskopiske glasrør og iagttog ved hjælp af flourescensmikroskopi, hvordan cellekernens DNA og proteiner blev påvirket. Undersøgelsen viste, at de humane embryonale stamcellers cellekerner var lettest at få til at ændre form, og at de hæmatopoietiske stamcellekerner også var ret villige til at ændre form.

Begge stamcelletyper mangler to filamentøse proteiner, kaldet lamin A og C, som ved at interagere stabiliserer indersiden af cellekernen hos de fleste vævsceller. Lamin A og C gør celle kernen stiv. Disse to lamin-proteiner dannes kun i celler efter gastrulastadiet, dvs. efter at de fleste stamceller har dannet de forskellige bestemte væv, som findes i den færdige, komplekse organisme. Ifølge en teori er lamin-proteinerne ansvarlige for meget af den genetiske fastlåsning, som ses hos færdigdifferentierede celler. Alle differentierede celler, f.eks. muskelceller, fedt-celler og knogleceller, stammer fra stamceller, som har kommittet sig til at blive til disse specialiserede celletyper ved at låse sit DNA til et bestemt mønster af génudtryk (gén-ekspression) ( Se kilde). Viden om disse stivheds-proteiner, og de gener, som danner dem, kan måske gøre det lettere at styre cellerne under differentieringsprocesserne.

STAMCELLER

Hvad er en blastocyst?

Blastocysten (en cellebold med ca. 150 celler omkring et væskehulrum) har ca. 30 celler i den indre cellemasse. Alle celler er pluripotente og kan blive til enhver celletype fra enhver af de tre kimlag, som dannes senere i individets udvikling. Hvis man udtager den indre celle masse, og flytter den til en dyrkningsskål, udvikler cellerne sig til såkaldte embryonale stamceller, der er den slags celler, som ses på billederne til højre. Embryonale stamceller kan fås fra flere kilder, typisk fra overskydende daggamle blastocyster.

STAMCELLER

Hvad er de tre kimlag?

Blastocysten dannes under embryonets transport ned gennem æggelederen hos kvinden. Først cirka 7 dage efter befrugtningen implanteres blastocysten i livmoderen.

I blastocysten findes en lille celleklump, som er det egentlige foster. Dette egentlige foster består af de kun ca. 30 celler, som kaldes "den indre cellemasse". Disse celler kaldes (når de dyrkes i en dyrkningsskål) for "embryonale stamceller".

Blastocysten består af et ydre lag af celler, den såkaldte "trofoblast", der ligger rundt om et væskefyldt hulrum. Den indre cellemasse i blastocysten udvikles til det fosterstadium, som kaldes en "gastrula". Denne indeholder en kimskive med tre kimlag. Det yderste kimlag kaldes "ektoderm", det midterste kimlag kaldes "mesoderm", og det inderste kimlag kaldes "endoderm".

Det yderste kimlag af gastrulaembryonet, "ektodermen", danner hudcellerne i overhud, hår og negle samt nervesystemet.

Det midterste kimlag af gastrula-fosterstadiet, dvs. "mesodermen", danner hjertemuskulaturen, skelet muskulaturen, blodlegemerne, den glatte muskulatur (der ikke kan styres med viljen) samt testiklerne eller æggestokkene (ovarierne).

Det inderste kimlag af gastrula-fosterstadiet, "endodermen", danner lungerne, leveren, bugspytkirtlen og tarmepithelet. Fosteret betegnes et "embryon", indtil det er to måneder gammelt, hvorefter det frem til fødslen kaldes et "føtus" (kilde 5185).

STAMCELLER

Hvad kendetegner embryonale stamceller?

Embryonale stamceller er dyrkede, umodne og naive urceller. I deres naturlige, ikke-dyrkede form, findes disse pluripotente celler kun i et ganske kort tidsrum i det helt tidlige embryon (Se kilde). Når de dyrkes, ændres de givetvis ved selve dyrkningen. Både de dyrkede embryonale stamceller, og de oprindelige pluripotente celler i blastocystens indre cellemasse, kan danne en hvilken som helst slags celle, dvs. alle former for væv i kroppen. Man har arbejdet på at lære, hvordan man kan tilbageføre voksne celler til at blive embryonale stamceller, og det synes faktisk stort set at være lykkedes.

Embryonale stamceller kan i princippet dyrkes i det uendelige, idet de kan blive ved med at dele sig. Alle efterkommerne er kloner (dvs. kopier) af cellen, og udgør derfor en "embryonal stamcellelinie". Man vil med tiden kunne etablere hundredvis af embryonale stamcellelinier, og de vil alle have deres eget særtræk. Små forskelle i tidspunktet for deres dannelse, dyrkningsbetingelser osv. kan betyde, at nogle embryonale stamcellelinier f.eks. hellere vil udvikle sig til nerveceller og andre f.eks. hellere vil udvikle sig til hjertemuskelceller osv. De embryonale stamcellers principielle udødelighed skyldes, at de hele tiden opretholder en høj aktivitet af enzymet telomerase. Disse celler danner med andre ord hele tiden telomerase-enzymet. Enzymet bevirker, at kromosomerne bevarer deres længde. Ved almindelige cellers delinger bliver kromosomet lidt kortere ved hver deling. Til sidst vil en sådan almindelig celle ikke kunne dele sig mere. Cellen vil derfor dø efter et vist antal celledelinger. Så vidt man ved, er det kun embryonale stamceller (og kræftceller), som opretholder en konstant høj telomerase-aktivitet. Enden af kromosomernes DNA-streng kaldes telomeren, og enzymet telomerase forlænger netop kromosomets DNA-ende. Enzymet påsætter TTAGGG-gentagelser til 3'-enden af DNA-strengene. Dermed kan cellen vokse og dele sig i det uendelige, fordi kromosomet aldrig bliver for kort til, at cellen kan dele sig. Men hvis man dyrker embryonale stamceller, så celletætheden bliver høj eller kolonierne rammer hinanden, vil de begynde at differentiere. De embryonale stamceller vil også begynde at differentiere sig i en suspension, idet de vil mangle et lag af feederceller, og dermed en overflade at hæfte sig til ( Se kilde 5185 side 39). Det gælder både for embryonale stamceller fra mus og fra mennesker.

STAMCELLER

Hvad er embryoide legemer?

Embryoide legemer. Celler i suspensionen klumper sig sammen i klynger ("embryoide legemer"), – ofte med et væskehulrum i midten. De danner forskellige celletyper, f.eks. nogle, som ligner nerveceller eller pulserende hjertemuskelceller. Hvis celleklyngerne brydes op i enkelt-celler, og hvis disse dyrkes, kan man (afhængig af hvilke signalstoffer, som tilsættes) få dem til at udvikle monolag af celler, som svarer til kimlagene i embryonet (ektoderm, mesoderm eller endoderm), som kan udvikle sig til henholdsvis nerveceller, muskelceller eller tarm epithel – for at give nogle eksempler.

Så længe de embryonale stamceller påvirkes af proteinet FGF2 (også kaldet bFGF) forbliver de udifferentierede. Proteinet hæmmer differentieringen (samme funktion, som LIF-proteinet har hos mus). Hvis man fjerner FGF2-proteinet differentieres de. Man kan lave en opløsning (suspension) af såkaldte "embryoid bodies", hvorved cellerne vil differentiere til forskellige kimlinieceller. 2-4% af mesoderm-cellerne vil spontant i løbet af 10 dage danne hjertemuskelceller, som afslører sig ved deres pumpe bevægelser hos nogle af cellerne i embryoid-legemerne.

Embryoid-legemer kan bruges til studier, fordi deres endoderm-lag ligger yderst i denne kunstige suspensionstilstand. Efter 6 dage dannes et centralt hulrum i de embryoide legemer, og indad mod celleklumpens centrum dannes en stærkt polariseret "parietal endoderm". Embryoid-legemerne svarer hos et fosteranlæg til "columnar-epithelet af epiblasten", som også har et indre hulrum, og som yderst har en "visceral endoderm". Uden for denne søjle af epiblastepithel findes i fosteranlægget en "amniotisk hulhed", der afgrænses udadtil af et dobbelt cellelag, hvor den "parietale endoderm" vender indad, og "trof-ektoderm-laget" (der er med til at danne moderkagen) vender udad. (Se nærmere forklaring på figuren "embryoid-legemer": www.bionyt.dk/stamceller)

STAMCELLER

Hvad er germceller?

"Germceller" er betegnelsen for de pluripotente stamceller, som man hos mennesket kan isolere fra kønskirtelanlæggene hos embryonet, når dette er 5-8 uger gammelt, kaldes embryonale germceller eller blot "germceller" (Se kilde). Man kender en række forskellige markører for germceller, idet de danner proteiner som kaldes Oct4, Nanog, KIT, BOB1 og prominin 1 (PROM1). Markøren BOB1 udtrykkes f.eks. i fosterets testikler i det andet og tredie trimester af graviditeten, medens PROM1 kun udtrykkes frem til andet trimester (Se kilde). Germcellerne opstår i den bageste del af embryonets blommesæk nær stedet, hvor fosterhinden (allantois) udspringer. Herfra vandrer germcellerne langs væggen i den bageste del af tarmen frem til et område, som godt 1 måned efter befrugtningen omdannes til to "gonaderygge", dvs. langstrakte forhøjninger, som senere udvikles til testikler eller æggestokke (ovarier). Germcellerne bliver til sædceller eller ægceller. Man kan i en kort periode under fosterudviklingen få fat på germcellerne. Teoretisk ville de kunne skaffes fra spontane aborter på 2 måneder stadiet, men sådanne aborter skyldes ofte genetiske fejl ( Se kilde). I 1998 kunne John Hopkins University i Baltimore rapportere, at man havde isoleret germceller fra et menneskefosteranlæg og fundet en metode til at bevare germcellerne i den pluripotente tilstand ( Se kilde 5185 side 9). Germcellerne har tilsyneladende det samme differentieringspotentiale som de embryonale stamceller, men kan i dag ikke dyrkes lige så længe.

STAMCELLER

Hvad kendetegner voksne stamceller?

Voksne stamceller er celler, som hverken er embryonale stamceller eller germceller. Der er fundet voksne stamceller i huden, blodet, hjertet, øjets hornhinde og nethinde, tarmen, leveren, musklerne, bugspytkirtlen, nervesystemet og hjernen ( Se kilde). De findes også i en lang række andre væv, men stamcellerne kan være yderst svære at finde i vævet. Der vil efter alt at dømme være voksne stamceller i alle organer i kroppen, inde mellem de almindelige vævsceller. De uddør ikke, eftersom de gennem hele individets liv kan forny sig selv ved celledelinger. Ved hver celledeling forkortes dog deres telomerer, så de er ikke udødelige. Dette problem klarer de ved at holde sig passive i mange år uden at dele sig. Stamceller findes naturligvis i fosteret, men også i moderkagen (placenta), fostervæsken og navlestrengen.

Voksne stamceller forekommer i relativt ringe antal, og man har endnu ikke fuld kontrol over metoderne til at dyrke dem i laboratoriet. Deres ringe antal og vanskelige dyrkningsforhold begrænser i øjeblikket den mulige anvendelse af voksne stamceller. Voksne stamceller kan (i modsætning til embryonale stamceller) isoleres fra væv hos både voksne, børn og fostre, men også fra navlestrengsblod. Betegnelsen "voksne stamceller" er altså ret vildledende. "Somatiske stamceller" er et bedre udtryk.

STAMCELLER

Hvad er stamcellernes rolle i kroppen?

Kroppen selv udnytter stamcellerne til at helbrede. De bloddannende stamceller kan siges hele tiden at "helbrede" kroppen for truende mangel på friske blodlegemer.

Stamcellernes primære rolle i den levende krop hos et voksent individ er altså at opretholde og reparere det væv, hvori de findes. De er vigtige for at vedligeholde det organ, som de findes i. I almindelighed er stamcellerne dog kun i stand til at producere de vigtigste af de specialiserede celletyper i vævet. Som konsekvens heraf betegnes voksne stamceller som "multipotente", dvs. at de er i stand til at producere mange, men ikke alle celletyper.

STAMCELLER

Hvordan kan man i laboratoriet se forskel på stamceller?

Man kan kende stamceller på, hvor de findes i kroppen, og hvad de gør. Når man dyrker stamcellerne i laboratoriet bruger man molekylære kendetegn – såkaldte "markører" – for at identificere de forskellige stamcelletyper. Stamcellernes markører er proteiner, eventuelt med påsatte sukkergrupper (de kaldes så for glukoproteiner). Markørproteinerne findes på stamcellens overflade eller i cellens cytoplasma. Den enkelte stamcelletype kan kendes på dens kombination af markører, – samt hvilke markører den mangler.

Markørernes naturlige funktioner er ofte endnu ukendte. Nogle markører er sikkert receptorer for signalstoffer, eller er nødvendige for, at cellen kan hæfte sig til bestemte naboceller. Hvis voksne stamceller påvirkes af bestemte signalstoffer, kan de umiddelbart differentieres til de vævsceller, som de befinder sig naturligt imellem. Dette kan ske ved sygdom, eller når der opstår vævsskader, som stamcellerne dermed kan genoprette.

Stamcellernes måde at reagere på er formentlig reguleret af gensidig påvirkning mellem stamceller og omgivende "nicheceller" samt stoffer uden for cellerne (extracellulær matrix, ECM) ( Se kilde 5185 side 41). Hvilken retning progenitor( forløber)cellerne differentieres i afhænger af kombinationen af signalstoffer osv., som de påvirkes af.

Markørerne har fået forkortelser, som f.eks. Sca-1 (forkortelse for "stamcelleantigen- 1"). Hvis markøren findes, skrives et plus-tegn, f.eks. Sca-1(+), og hvis markøren mangler, skrives et minus-tegn, f.eks. Sca-1(-) ( Se kilde 5185 side 24).

STAMCELLER

Hvilke markørproteiner kendetegner de embryonale stamceller?

De embryonale stamceller har specielle markører. F.eks. har de i cellemembranen en markør, som findes i stor mængde, og som er enzymet alkalisk phosphatase (ALP). Denne markørs tilstedeværelse er derfor tegn på, at cellen er udifferentieret. Ved differentiering bliver der mindre af denne markør. Dette kan påvises, hvis de embryonale stamceller blot dyrkes i en uge uden et differentierings-hæmmende stof.

Markørerne Oct4 og Sox2 er nødvendige for, at de embryonale stamceller kan selvforny sig. Oct4 er en forkortelse for octamer-4, og Sox2 tilhører en gruppe gener, hvoraf det køns bestemmende Sry-gen på Y-kromosomet er mest kendt. Oct4 og Sox2 er proteiner, som bindes til DNA og aktiverer eller hæmmer grupper af bestemte gener. De hører dermed til de såkaldte transkriptionsfaktorer ( Se kilde 5185 side 24).

Det kræves f.eks., at proteinet Oct4 dannes, hvis de dyrkede, embryonale stamceller skal kunne holde sig ikke-differentierede. Genet for Oct4 er tilsyneladende kun aktivt i kort tid, nemlig kun indtil embryonet er blevet implanteret i livmodervæggen. Når embryonet er implanteret, inaktiveres oct4-genet, hvorefter cellerne differentierer til de ca. 230 forskellige celle typer i kroppen. Det har vist sig, at oct4- genet kan være inaktivt hos de voksne stamceller, så de voksne stamceller må derfor kunne opretholde en ikke-differentieret tilstand uden oct4-genet. (Hvis nogle voksne stamceller skulle vise sig at have pluripotens, så de kan ændre sig til alle celletyper, må dette derfor være reguleret på en anden måde end hos de embryonale stamceller). Der har tidligere været rapporter om, at voksne stamceller udtrykker oct4- genet, og hvis det er rigtigt, at Oct4- proteinet undertiden er aktivt i voksne stamceller, har det formentlig en anden funktion end at holde den voksne stamcelle udifferentieret.

Man ved endnu ikke, hvordan voksne stamceller bevarer deres ikke-differentierede tilstand, og om det ske på ens måde hos alle voksne stamceller ( Se kilde).

En anden markør, som kaldes Nanog, er også nødvendig for at opretholde den pluripotente tilstand. Det lidt mystiske navn "Nanog" har ikke noget med isbjørne at gøre. Det er keltisk, – i en keltisk myte kaldes den evige ungdoms land for "Tir na nÓg". Det fik en forsker til at foreslå, at proteinet skulle hedde Nanog, fordi det (sammen med bl.a. Oct4-proteinet) er nødvendig for, at den pluripotente stamcelle kan forny sig selv (dvs. forblive uden differentiering), og dermed bevare "evig ungdom" ( Se kilde 5185 side 25).

Nanog er et såkaldt homeoprotein, dvs. at det tilhører en gruppe proteiner, som kan aktivere eller hæmme det samme DNA-bindingsområde hos forskellige organismer (de er altså transkriptionsfaktorer, som deler et fælles målsted på DNA-strengen). Som resultat af evolutionsprocessen er det pågældende DNA-bindingsområde med andre ord forblevet fælles for mange organismer. Homeoproteinerne aktiverer flere forskellige gener, der alle er med i koordinationen af mange af de processer, som styrer individets udvikling ( Se kilde 5185 side 25). Man har påvist, at man kan dyrke de embryonale stamceller i årevis, uden at de differentierer, og uden at deres telomerase-aktivitet ændres, og uden at der sker ændringer i deres kromosomer.

Ved at påvirke humane embryonale stamceller (hESC) med høje doser af signalstoffet activin-A kan man fremkalde gastrula-udvikling med de tre kimlag, ektoderm, mesoderm og endoderm. Efter 24-36 timer opnås maximal aktivitet af de "primitive streak"- udtrykte gener (generne WNT3, BRACH). Hvis der opretholdes en høj dosis af activin-A, bliver de "primitive streak"-lignende celler omdannet til celler, som udtrykker gener (generne CER, SOX17), som kendetegner endoderm-kimlaget. Men hvis man fjerner tilskuddet af activin-A, giver cellerne sig til at udtrykke gener (generne BRACH, FOXF1, MOX1, FLK1), som kendetegner mesoderm-kimlaget. Hvis de humane embryonale stamceller behandles med signalstoffer som BMP4 og SU5402, fremkaldes aktivering af gener, som er karakteristiske for den primitive endoderm (visceral og parietal typen) og trof-ektoderm, dvs. lag, som normalt ville indgå i moderkagen. (Nature Biotechnology, dec.2005, bd.23 nr.12, s.1533-41).

STAMCELLER

Er stamcellernes markører stabile?

Man kan isolere "voksne stamceller" på grundlag af deres markør-fingeraftryk. Man har dog det problem, at hvis man vil isolere en bestemt slags voksne stamceller blandt de stamceller, som man dyrker i et kultur medium, kommer man samtidig til at ændre vækstmiljøet, og dermed kan man komme til at aktivere dannelsen af andre markører ( Se kilde 5185 side 26).

Markører kan være ustabile Man har opdaget, at dannelsen af en markør kan variere meget i relation til tiden og altså i forhold til cellens miljø. F.eks. vil en ægte primitiv hæmatopoietisk stamcelle i knoglemarven danne markørproteinet CD34, men en sådan celle kan pludselig holde op med at danne dette protein, for så senere at begynde at lave det igen ( Se kilde 5185 side 26). Indtil videre er CD34-markøren dog det bedste markørprotein, når man skal vurdere en stamcelles evne til at finde frem til patientens knoglemarv ("homing"-evne) ved transplantation til blodkredsløbet med henblik på at gendanne patientens knoglemarvsceller.

STAMCELLER

Hvordan kan man sortere celler med magneter?

Cellesortering med magneter Når man vil isolere stamceller, som f.eks. danner CD3-markøren, bruger man monoklonalt antistof, som kan binde sig til CD3-markøren. For at kunne høste de celler, som har disse CD3-målrettede antistoffer bundet til sig, kan man bruge magneter. Antistofproteinerne kan nemlig på forhånd påhæftes mikroskopiske jernpartikler, hvorved man kan høste cellerne ved magnetisk cellesortering.

STAMCELLER

Hvordan kan man påvise særlige proteiner eller DNA-stykker i stamceller?

Immunfluorescensfarvninger

Antistoffer, som har bundet sig til en stamcelles markør, kan være påhæftet et farvestof, som fluorescerer ved udsættelse for ultraviolet lys eller laserstråler. Fluorescensen opstår ved, at det kemiske stof opfanger energi i form af kortbølget lys eller laserlys, og derefter udsender synligt lys med en bestemt farve. Under mikroskopering af præparatet med et fluorescens-mikroskop kan man direkte se, at de mærkede celler fluorescerer. Hvis cellerne er blevet differentieret, vil de have fået en anden markør-sammensætning, og det vil direkte kunne ses på fluorescensen. Metoden kaldes derfor "immunfluorescensfarvning" ( Se kilde 5185 side 30).

FISH-metoden til DNA-påvisning
Med en såkaldt FISH-metode kan man påvise specifikke DNA-sekvenser i en celles kromosomer. Det kan gøres med fluorescensmærkede DNA-prober, der bindes til denaturerede, og dermed adskilte, DNA-strenge i cellen. Dette kan vise, om en tilsyneladende transdifferentiering (dvs. differentiering på tværs af normal differentieringslinie) i virkeligheden er en fusion mellem en stamcelle og en nabocelle. Ved at bruge forskellige DNA-prober og forskellige fluorescerende stoffer kan man give alle menneskets 46 kromosomer hver sin egen unikke farve, og dermed afsløre kromosom afvigelser ( Se kilde 5185 side 31).

STAMCELLER

Hvordan kan man sortere celler ved brug af lys (UV-lys eller laserlys)?

Immunfluorescens kan bruges til at sortere stamceller. Cellerne får lov at binde antistoffer, som er påhæftet et farvestof, der kan fluorescere. Idet man i en væskestrøm fører cellerne enkeltvis forbi en smal laserstråle, der gør farvestoffet fluorescerende, kan man måle enkelt-cellernes fluorescenslys-afgivelse. Man kan samtidig få oplysninger om enkelt-cellernes størrelse og form, fordi størrelse og form medfører forskellig spredning af lyset. Væsken med cellerne presses gennem en dyse, der danner små dråber, der hver kun indeholder én enkelt celle. Ved dråbedannelsen får hver dråbe en elektrisk ladning, hvis cellerne i dråben fluorescerer. Denne elektriske ladning er proportional med intensiteten af den afgivne fluorescens. Derved kan man på grundlag af dråbernes elektriske ladning sortere dråberne med enkelt-cellerne i et elektrisk felt. Dette kan gøres hurtigt, så f.eks. 10 millioner celler kan sorteres på en time i et FACS-apparat med "fluorescensaktiveret cellesortering" ( Se kilde 5185 side 29).

STAMCELLER

Hvordan kan man påvise om et gen er aktivt (GFP-metoden)?

Man kan påvise om et gen er aktivt ved at få det til at lyse – nemlig ved at koble det til et gen fra vandmanden Aequorea victoria, der lever i Stillehavet på store havdybder. Dette dyr indeholder proteinet aequorin, som kan overføre energi til et andet protein, hvorved energien konverteres til grønt lys. Dette andet protein har derfor fået navnet GFP (grønt fluorescerende protein). Ved gensplejsning kan det GFP-kodende gen kobles sammen med det gen, som man studerer, hvorved man direkte ved lysafgivelsen kan se, om genet er aktivt. Det kan f.eks. bruges til at se, om et bestemt markørprotein dannes i en stamcelle ( Se kilde 5185 side 31). F.eks. kan man koble GFP-genet til et gen, som kun er aktivt i udifferentierede embryonale stamceller. Hvis man fremdyrker de embryonale stamceller til en differentieret celletype, vil man kunne fjerne de celler, som stadig er udifferentierede, og som afslører sig ved at fluorescere grønt på grund af GFP-genet. Herover: Celler, som har fået indsat genet for et selv lysende protein (GFP), som får cellerne til at lyse grønt. Det får også de nøgne mus til at lyse grønt under en UV-lampe. (Genet blev engang fundet i en gople fra Stillehavet). Det bruges for at kunne følge, hvilke celler og væv, som er blevet modtager af et bestemt gen (som man har koblet til genet for det selvlysende protein).

STAMCELLER

Hvor mange stamceller er der i blodet (i antal pr. antal blodceller)?

Stamceller er sjældne Man regner med, at kun 1 ud af 100.000 blodceller i blodet er en stamcelle. De multipotente (og måske undertiden pluripotente) stamceller er altså yderst sjældne.

STAMCELLER

Hvornår lærte man at dyrke embryonale stamceller første gang?

I 1981 opdagede forskere, hvordan de kunne finde og dyrke stamceller fra tidlige embryoner af mus. Disse stamceller var i stand til at producere et bredt udsnit af forskellige celletyper. De embryonale stamceller blev første gang opdaget i embryoner fra mus af Martin Evans og Matthew Kaufman, og uafhængigt af Gail R. Martin, som fandt på navnet 'Embryonic Stem Cell'.

STAMCELLER

Hvornår lærte man at dyrke humane embryonale stamceller første gang?

Efter at man havde lært at dyrke embryonale stamceller i mus, tog det ca. 17 år med yderligere forskning, før man havde lært, hvordan man i laboratoriet skulle dyrke embryonale stamceller fra et menneske.

Den første stamcellebank i verden var britisk. Det var også i England, at reagensglasbefrugtning af kvinders æg først resulterede i et barn. Med denne teknik kom man til at stå med et overskud af befrugtede æg, som kan dyrkes en vis tid i en næringsvæske.

I 1998 blev der således publiceret to artikler (bl.a. af en gruppe ledet af James Thomson fra Madison universitet i Wisconsin med finansiering fra firmaet Geron i Californien), som beskrev de første vellykkede tilfælde af isolering og dyrkning af embryonale stamceller fra menneskeembryoner og af germceller fra menneskefoster- forplantningsvæv. Disse opdagelser skete ved kopiering af metoder, som tidligere var blevet brugt i mus. Denne nye forskning åbnede døren for anvendelse af menneske-stamceller til behandling af sygdomme hos mennesket.

STAMCELLER

Hvorfra kan man skaffe embryonale stamceller?

De menneske-stamceller, som man i øjeblikket er mest interesseret i, er de pluripotente celler, som kan blive til dyrkede, embryonale stamceller. Disse kan skaffes fra menneske-blastocyster, som dannes efter befrugtningen af en menneske-ægcelle med en sædcelle. De fleste embryonale stamceller, som man siden 1998 har kunnet dyrke og studere, kommer fra overskuddet efter behandling for ufrugtbarhed, dvs. de overflødige, befrugtede ægceller, som er dannet under IVF-behandling for barnløshed. I nogle lande er det desuden tilladt at frembringe befrugtede ægceller specielt med henblik på forskning, og kvinder er f.eks. i Sydkorea begyndt at donere æg specielt til stamcelleforskningen( Se kilde). Endelig kan embryonale stamceller komme fra afbrudte svangerskaber. En anden hovedkilde er fra cellekerne-udskiftning ved den metode, som kaldes "terapeutisk kloning", som er forbudt i lande som Tyskland, hvor forbudet frygtes at medføre negative konsekvenser for forskningen ( Se kilde). Tyske forskere må ifølge nugældende regler ikke producere embryonale stamcellelinier, men gerne importere dem.

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.

Leave a Reply