Neuronalna komórka macierzysta, w dużej mierze niezróżnicowana komórka pochodząca z centralnego układu nerwowego. Neuronalne komórki macierzyste (NSC) mają potencjał, aby dać początek komórkom potomnym, które rosną i różnicują się w neurony i komórki glejowe (komórki nieneuronalne, które izolują neurony i zwiększają szybkość, z jaką neurony wysyłają sygnały).
Przez lata sądzono, że mózg jest zamkniętym, stałym systemem. Nawet słynny hiszpański neuroanatom Santiago Ramón y Cajal, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii w 1906 roku za ustanowienie neuronu jako podstawowej komórki mózgu, nie wiedział o mechanizmach neurogenezy (powstawania tkanki nerwowej) podczas swojej skądinąd niezwykłej kariery. W drugiej połowie XX wieku dokonano zaledwie kilku odkryć, głównie u szczurów, ptaków i naczelnych, które wskazywały na zdolność komórek mózgowych do regeneracji. W tym czasie naukowcy zakładali, że gdy mózg zostanie uszkodzony lub zacznie się psuć, nie będzie w stanie regenerować nowych komórek w taki sposób, w jaki są w stanie regenerować się inne rodzaje komórek, takie jak komórki wątroby czy skóry. Generowanie nowych komórek mózgowych w dorosłym mózgu było uważane za niemożliwe, ponieważ nowa komórka nigdy nie mogłaby w pełni zintegrować się z istniejącym złożonym systemem mózgu. Dopiero w 1998 roku odkryto NSC u ludzi, najpierw w regionie mózgu zwanym hipokampem, który jak wiadomo odgrywa kluczową rolę w powstawaniu wspomnień. Później stwierdzono, że NSC są również aktywne w cebulkach węchowych (obszar, który przetwarza zapach) oraz uśpione i nieaktywne w przegrodzie (obszar, który przetwarza emocje), prążkowiu (obszar, który przetwarza ruch) i rdzeniu kręgowym.
Dzisiaj naukowcy badają środki farmaceutyczne, które mogłyby aktywować uśpione NSC w przypadku, gdy obszary, w których znajdują się neurony, ulegają uszkodzeniu. Inne kierunki badań zmierzają do ustalenia sposobów przeszczepiania NSC do uszkodzonych obszarów i nakłaniania ich do migracji przez uszkodzone obszary. Jeszcze inni badacze komórek macierzystych starają się pobrać komórki macierzyste z innych źródeł (np. z embrionów) i wpłynąć na te komórki, aby rozwinęły się w neurony lub komórki glejowe. Najbardziej kontrowersyjne z tych komórek macierzystych są te pozyskiwane z ludzkich embrionów, które muszą zostać zniszczone w celu uzyskania komórek. Naukowcom udało się stworzyć indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste poprzez przeprogramowanie dorosłych komórek somatycznych (komórek ciała, z wyłączeniem plemników i komórek jajowych) poprzez wprowadzenie pewnych genów regulatorowych. Jednakże wytwarzanie przeprogramowanych komórek wymaga zastosowania retrowirusa, a zatem komórki te mogą potencjalnie wprowadzać do organizmu pacjentów szkodliwe wirusy wywołujące raka. Embrionalne komórki macierzyste (ESC) posiadają niesamowity potencjał, ponieważ są zdolne do przekształcenia się w każdy rodzaj komórek występujących w ludzkim ciele, ale konieczne są dalsze badania w celu opracowania lepszych metod izolowania i generowania ESC.
Odzyskiwanie udaru mózgu jest jednym z obszarów badań, w którym wiele odkryto na temat obietnicy i złożoności terapii komórkami macierzystymi. Dwa główne podejścia mogą być podjęte do terapii komórkami macierzystymi: podejście endogenne lub podejście egzogenne. Podejście endogenne polega na stymulowaniu dorosłych NSC w organizmie pacjenta. Te komórki macierzyste znajdują się w dwóch strefach zakrętu zębatego (część hipokampa) w mózgu, jak również w striatum (część zwojów podstawy położona głęboko w półkulach mózgowych), neocortex (zewnętrzna grubość wysoce pogmatwanej kory mózgowej) oraz w rdzeniu kręgowym. W modelach szczurzych, czynniki wzrostu (substancje stymulujące wzrost komórek), takie jak czynnik wzrostu fibroblastów-2, czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego, czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego i erytropoetyna, były podawane po udarach w celu indukcji lub wzmocnienia neurogenezy, a tym samym powstrzymania uszkodzenia mózgu i przyspieszenia powrotu do zdrowia. Najbardziej obiecującym czynnikiem wzrostu w modelach szczurzych była erytropoetyna, która promuje proliferację neuronalnych komórek progenitorowych i wykazano, że indukuje neurogenezę i poprawę funkcjonalną po udarze zatorowym u szczurów. Następnie przeprowadzono badania kliniczne, w których erytropoetynę podawano małej grupie pacjentów z udarem, u których ostatecznie wykazano dramatyczną poprawę w porównaniu z osobami w grupie placebo. Erytropoetyna okazała się również obiecująca u pacjentów ze schizofrenią i u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. Należy jednak przeprowadzić dalsze badania na większych grupach pacjentów, aby potwierdzić skuteczność erytropoetyny.
Ekstogenne terapie komórkami macierzystymi polegają na ekstrakcji, hodowli in vitro, a następnie transplantacji komórek macierzystych do regionów mózgu dotkniętych udarem. Badania wykazały, że dorosłe NSC mogą być uzyskane z zakrętu zębatego, hipokampa, kory mózgowej i podkorowej istoty białej (warstwa pod korą mózgową). Przeprowadzono rzeczywiste badania transplantacyjne u szczurów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego z wykorzystaniem komórek macierzystych pobranych ze strefy subventricularnej (obszar pod ścianami wypełnionych płynem jam mózgu, czyli komór) dorosłego mózgu. Na szczęście, w wyniku biopsji nie wystąpiły żadne deficyty funkcjonalne. Przeprowadzono również badania na szczurach, w których ESCs lub pochodzące z płodu neuronalne komórki macierzyste i komórki progenitorowe (komórki niezróżnicowane; podobne do komórek macierzystych, ale o węższych możliwościach różnicowania) przeszczepiono do regionów mózgu uszkodzonych przez udar. W tych badaniach przeszczepione NSCs z powodzeniem różnicowały się w neurony i komórki glejowe, a także następował pewien powrót czynnościowy. Głównym zastrzeżeniem w przypadku terapii egzogennych jest jednak to, że naukowcy nie zrozumieli jeszcze w pełni mechanizmów różnicowania się komórek progenitorowych i ich integracji z istniejącymi sieciami neuronalnymi. Ponadto, naukowcy i klinicyści nie wiedzą jeszcze jak kontrolować proliferację, migrację, różnicowanie i przeżycie NSCs i ich komórek potomnych. Wynika to z faktu, że NSC są częściowo regulowane przez wyspecjalizowane mikrośrodowisko lub niszę, w której żyją.
Były również badania nad krwiotwórczymi komórkami macierzystymi (HSCs), które zwykle różnicują się w komórki krwi, ale mogą być również transdyferencjowane do linii neuronalnych. Te HSCs można znaleźć w szpiku kostnym, krwi pępowinowej i komórkach krwi obwodowej. Co ciekawe, stwierdzono, że komórki te są spontanicznie mobilizowane przez niektóre rodzaje udarów, a także mogą być dalej mobilizowane przez czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów (G-CSF). Badania G-CSF na szczurach wykazały, że może on prowadzić do poprawy czynnościowej po udarze, a próby kliniczne u ludzi wydają się obiecujące. Przeprowadzono również badania egzogenne z HSCs u szczurów. W niektórych badaniach HSC były podawane miejscowo w miejscu uszkodzenia, a w innych podawane systemowo poprzez dożylną transplantację. Ta ostatnia procedura jest po prostu bardziej wykonalna, a najbardziej skuteczne HSCs wydają się być te pochodzące z krwi obwodowej.
Badania, które zostały przeprowadzone na temat terapii komórkami macierzystymi dla padaczki i choroby Parkinsona również pokazują obietnicę i trudności w prawidłowym hodowaniu komórek macierzystych i wprowadzaniu ich do żywego systemu. W odniesieniu do ESC, badania wykazały, że są one zdolne do różnicowania się w neurony dopaminergiczne (neurony, które przekazują lub są aktywowane przez dopaminę), neurony ruchowe rdzenia kręgowego i oligodendrocyty (komórki nieneuronalne związane z tworzeniem mieliny). W badaniach mających na celu leczenie padaczki, prekursory neuronalne (ESNs) pochodzące z mysich embrionalnych komórek macierzystych przeszczepiono do hipokampów szczurów z przewlekłą padaczką i szczurów kontrolnych. Po transplantacji nie stwierdzono różnic we właściwościach funkcjonalnych ESNs, ponieważ wszystkie wykazywały właściwości synaptyczne charakterystyczne dla neuronów. Nadal jednak nie wiadomo, czy ESNs s± zdolne do przetrwania przez dłuższy czas w hipokampie z padaczk±, do różnicowania się w neurony o prawidłowych funkcjach hipokampa oraz do tłumienia deficytów uczenia się i pamięci w przewlekłej padaczce. Z kolei u szczurów zaobserwowano, że NSCs mogą przetrwać i różnicować się w różne formy funkcjonalne neuronów. Nie jest jednak jasne, czy NSC mogą różnicować się w różne formy funkcjonalne w odpowiednich ilościach i czy mogą prawidłowo łączyć się w synapsy z nadpobudliwymi neuronami w celu ich hamowania, a tym samym ograniczania napadów.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Terapie leczenia choroby Parkinsona również są obiecujące i napotykają podobne przeszkody. Przeprowadzono badania kliniczne nad przeszczepem ludzkiej płodowej tkanki mezencefalicznej (tkanka pochodząca ze śródmózgowia, które stanowi część pnia mózgu) do striatów u pacjentów z chorobą Parkinsona. Jednakże dostępność tej tkanki jest ograniczona, co czyni przeszczepy ESC bardziej atrakcyjnymi. Badania wykazały, że możliwe do przeszczepienia neurony dopaminergiczne – rodzaj neuronów, których dotyczy choroba Parkinsona – mogą być generowane z mysich, naczelnych i ludzkich ESC. Jedną z głównych różnic pomiędzy mysimi i ludzkimi ESCs jest jednak to, że ludzkie ESCs potrzebują znacznie więcej czasu na różnicowanie (do 50 dni). Ponadto, programy różnicowania ludzkich ESC wymagają wprowadzenia surowicy zwierzęcej w celu ich rozmnożenia, co może naruszać pewne przepisy medyczne, w zależności od kraju. Naukowcy będą musieli również znaleźć sposób, aby dopaminergiczne komórki progenitorowe pochodzące z ESC mogły przetrwać przez dłuższy czas po przeszczepie. Wreszcie, istnieje problem czystości populacji komórek pochodzących z ESC; wszystkie komórki muszą być certyfikowane jako dopaminergiczne komórki prekursorowe, zanim będą mogły być bezpiecznie przeszczepione. Niemniej jednak, techniki różnicowania i oczyszczania ulegają poprawie z każdym badaniem. Rzeczywiście, generowanie dużych banków czystych i specyficznych populacji komórek do przeszczepów u ludzi pozostaje osiągalnym celem.
.