Neural stamcell, i stort sett odifferentierad cell med ursprung i det centrala nervsystemet. Neurala stamceller (NSC) har potential att ge upphov till avkomma celler som växer och differentieras till neuroner och gliaceller (icke-neuronala celler som isolerar neuronerna och ökar hastigheten med vilken neuronerna skickar signaler).
I åratal trodde man att hjärnan var ett slutet, fast system. Till och med den berömda spanska neuroanatomen Santiago Ramón y Cajal, som fick Nobelpriset i fysiologi 1906 för att ha fastställt neuronen som den grundläggande cellen i hjärnan, kände inte till mekanismerna för neurogenes (bildandet av nervvävnad) under sin i övrigt anmärkningsvärda karriär. Det fanns bara en handfull upptäckter, främst hos råttor, fåglar och primater, under senare hälften av 1900-talet som antydde hjärncellernas regenerativa förmåga. Under denna tid antog forskarna att när hjärnan väl skadades eller började försämras kunde den inte regenerera nya celler på samma sätt som andra typer av celler, t.ex. lever- och hudceller, kan regenerera. Generering av nya hjärnceller i den vuxna hjärnan ansågs vara omöjlig eftersom en ny cell aldrig helt skulle kunna integreras i det befintliga komplexa systemet i hjärnan. Det var inte förrän 1998 som NSC upptäcktes hos människor, och de hittades först i en region i hjärnan som kallas hippocampus, som var känd för att spela en viktig roll i bildandet av minnen. Senare fann man också att NSC:er var aktiva i luktbulberna (ett område som bearbetar lukt) och vilande och inaktiva i septum (ett område som bearbetar känslor), striatum (ett område som bearbetar rörelser) och ryggmärgen.
I dag undersöker forskarna läkemedel som skulle kunna aktivera vilande NSC:er i händelse av att de områden där neuronerna är lokaliserade skulle bli skadade. Andra forskningsvägar går ut på att ta reda på hur man kan transplantera NSC:er till skadade områden och förmå dem att vandra genom skadade områden. Ytterligare andra stamcellsforskare försöker ta stamceller från andra källor (t.ex. embryon) och påverka dessa celler så att de utvecklas till neuroner eller gliaceller. De mest kontroversiella av dessa stamceller är de som tas från mänskliga embryon, som måste förstöras för att få fram cellerna. Forskare har kunnat skapa inducerade pluripotenta stamceller genom att omprogrammera vuxna somatiska celler (celler i kroppen, utom spermie- och äggceller) genom att införa vissa reglerande gener. För att generera omprogrammerade celler krävs dock att ett retrovirus används, och därför har dessa celler potential att föra in skadliga cancerframkallande virus i patienterna. Embryonala stamceller (ESC) har en fantastisk potential, eftersom de kan omvandlas till alla typer av celler som finns i människokroppen, men ytterligare forskning behövs för att utveckla bättre metoder för att isolera och generera ESC:s.
Herställning av stroke är ett forskningsområde där man har upptäckt mycket om stamcellsterapins löften och komplexitet. Det finns två huvudsakliga tillvägagångssätt för stamcellsterapi: det endogena tillvägagångssättet eller det exogena tillvägagångssättet. Den endogena metoden bygger på stimulering av vuxna NSC i patientens egen kropp. Dessa stamceller finns i två zoner av gyrus dentata (en del av hippocampus) i hjärnan samt i striatum (en del av de basala ganglierna som ligger djupt inne i hjärnhalvorna), neocortex (den yttersta tjockleken av den starkt sammanflätade hjärnbarken) och ryggmärgen. I råttmodeller har tillväxtfaktorer (celltillväxtmedierande ämnen), såsom fibroblasttillväxtfaktor-2, vaskulär endotelisk tillväxtfaktor, hjärnavledd neurotrofisk faktor och erytropoietin, administrerats efter slaganfall i ett försök att framkalla eller förstärka neurogenes, för att på så sätt avvärja hjärnskador och främja den funktionella återhämtningen. Den mest lovande tillväxtfaktorn i råttmodellerna var erytropoietin, som främjar proliferation av neurala progenitorceller och har visat sig inducera neurogenes och funktionell förbättring efter embolisk stroke hos råttor. Detta följdes av kliniska försök där erytropoietin administrerades till ett litet urval av strokepatienter, som så småningom visade dramatiska förbättringar jämfört med individer i placebogruppen. Erytropoietin har också visat sig lovande hos patienter med schizofreni och patienter med multipel skleros. Ytterligare studier måste dock utföras på större patientgrupper för att bekräfta effekten av erytropoietin.
Exogena stamcellsbehandlingar bygger på extraktion, in vitro-odling och efterföljande transplantation av stamceller till de regioner i hjärnan som drabbats av stroke. Studier har visat att vuxna NSC:er kan erhållas från gyrus dentata, hippocampus, hjärnbarken och den subkortikala vita substansen (skiktet under hjärnbarken). Aktuella transplantationsstudier har utförts på råttor med ryggmärgsskador med hjälp av stamceller som hade biopsierats från den subventrikulära zonen (området som ligger under väggarna i de vätskefyllda hjärnhålorna, eller ventriklarna) i den vuxna hjärnan. Lyckligtvis fanns det inga funktionella brister till följd av biopsin. Det har också gjorts studier på råttor där ESC eller neurala stamceller från foster och progenitorceller (odifferentierade celler; liknar stamceller men har en snävare differentieringsförmåga) har transplanterats till områden i hjärnan som skadats av stroke. I dessa studier har de transplanterade NSC:erna framgångsrikt differentierats till neuroner och gliaceller, och det har skett en viss funktionell återhämtning. Den största invändningen när det gäller exogena behandlingar är dock att forskarna ännu inte fullt ut har förstått de underliggande mekanismerna för differentiering av progenitorcellerna och deras integrering i befintliga neuronala nätverk. Dessutom vet forskare och kliniker ännu inte hur de ska kontrollera spridningen, migrationen, differentieringen och överlevnaden hos NSC och deras avkomma. Detta beror på att NSC delvis regleras av den specialiserade mikromiljö, eller nisch, där de befinner sig.
Det har också forskats om hematopoetiska stamceller (HSC), som vanligtvis differentieras till blodceller men som också kan transdifferentieras till neurala linjer. Dessa HSC finns i benmärg, navelsträngsblod och perifera blodceller. Intressant nog har det visat sig att dessa celler spontant mobiliseras vid vissa typer av slaganfall och att de också kan mobiliseras ytterligare av granulocytkolonistimulerande faktor (G-CSF). Studier av G-CSF på råttor har visat att det kan leda till funktionsförbättring efter stroke, och kliniska prövningar på människor verkar lovande. Exogena studier har också utförts på råttor med HSC. HSC:erna administrerades lokalt på skadeplatsen i vissa studier eller administrerades systemiskt genom intravenös transplantation i andra studier. Det senare förfarandet är helt enkelt mer genomförbart, och de mest effektiva HSC verkar vara de som kommer från det perifera blodet.
Den forskning som har bedrivits om stamcellsterapier för epilepsi och Parkinsons sjukdom visar också på löftet och svårigheten att på ett korrekt sätt odla stamceller och introducera dem i ett levande system. När det gäller ESC har studier visat att de kan differentieras till dopaminerga neuroner (neuroner som överför eller aktiveras av dopamin), spinalmotoriska neuroner och oligodendrocyter (icke-neuronala celler som är förknippade med myelinbildning). I studier som syftade till att behandla epilepsi transplanterades neurala prekursorer (ESN) från embryonala stamceller av mus till hippocampi hos kroniskt epileptiska råttor och kontrollråttor. Efter transplantationen fann man inga skillnader i de funktionella egenskaperna hos ESN:erna, eftersom de alla uppvisade de synaptiska egenskaper som kännetecknar neuroner. Det återstår dock fortfarande att se om ESNs har förmågan att överleva under längre perioder i den epileptiska hippocampus, att differentiera till neuroner med de rätta hippocampala funktionerna och att undertrycka inlärnings- och minnesbrister vid kronisk epilepsi. NSC har å andra sidan redan observerats överleva och differentiera till olika funktionella former av neuroner hos råttor. Det är dock oklart om NSC kan differentiera till de olika funktionella formerna i lämpliga mängder och om de kan synapsa korrekt med hyperexcitabla neuroner för att hämma dem och på så sätt bromsa anfallen.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Behandlingar för Parkinsons sjukdom är också lovande och står inför liknande hinder. Klinisk forskning har bedrivits om transplantation av mänsklig fetal mesencefalisk vävnad (vävnad som härrör från mellanhjärnan, som utgör en del av hjärnstammen) till striata hos Parkinsonpatienter. Denna vävnad har dock begränsad tillgänglighet, vilket gör ESC-transplantation mer tilltalande. Forskning har redan visat att transplanterbara dopaminerga neuroner – den typ av neuroner som påverkas av Parkinsons sjukdom – kan genereras från ESC från mus, primater och människor. Den enda stora skillnaden mellan ESC från mus och människa är dock att ESC från människa tar mycket längre tid att differentiera (upp till 50 dagar). Dessutom kräver differentieringsprogram för mänskliga ESC:er att man tillför djurserum för att föröka dem, vilket kan strida mot vissa medicinska bestämmelser, beroende på vilket land det gäller. Forskarna måste också komma fram till ett sätt att få ESC-avledda dopaminerga progenitorceller att överleva under en längre tid efter transplantationen. Slutligen är det frågan om renheten hos ESC-avledda cellpopulationer; alla celler måste certifieras som dopaminerga föregångsceller innan de kan transplanteras på ett säkert sätt. Trots detta förbättras differentierings- och reningsmetoderna för varje studie. Att skapa stora banker av rena och specifika cellpopulationer för mänsklig transplantation är fortfarande ett uppnåeligt mål.