Dołącz do czytelników
Brak wyników

Naturoterapia kliniczna

17 lutego 2020

NR 17 (Luty 2020)

Znaczenie nowotworowych komórek macierzystych we współczesnej medycynie

185

Choroby nowotworowe stanowią wciąż jedną z najczęstszych przyczyn zgonów. Według najnowszego, alarmującego raportu Światowej Organizacji Zdrowia z 2018 roku, nowotwory są przyczyną śmierci już blisko 10 milionów ludzi rocznie, co oznacza jednego na 8 mężczyzn i jedną na 11 kobiet1. Szacuje się, że w Polsce w ciągu ostatnich trzech dekad liczba zachorowań na nowotwory złośliwe wzrosła ponad dwukrotnie. Obecnie są one drugą przyczyną zgonów w naszym kraju i zabijają rocznie blisko 110 tysięcy osób – czyli tyle, ile liczy populacja średniego miasta wielkości Wałbrzycha2.

Choć na przestrzeni dziesięcioleci testowano i stosowano wiele typów chemioterapeutyków i metod leczenia, najbardziej obiecującą bronią współczesnej medycyny wydają się być terapie celowane, zwalczające ściśle określone komórki. Nowoczesne podejście terapeutyczne opiera się oczywiście na kompleksowym poznaniu genezy i progresji nowotworów.
Przełomem w naszej wiedzy o patogenezie rozwoju nowotworów było odkrycie nowotworowych komórek macierzystych. Ta rewolucyjna teoria rzuca zupełnie nowe światło na diagnozę i skuteczne leczenie chorób nowotworowych.

POLECAMY

Komórki macierzyste – czyli jakie?

Komórki macierzyste to komórki o braku konkretnej specjalizacji, które są zdolne do samoodnawiania i różnicowania w wiele odmiennych typów komórek tworzących konkretne tkanki i organy. Istnieje kilka typów komórek, macierzystych, różniących się potencjałem różnicowania. Już podczas wczesnego etapu rozwoju zarodka, po zapłodnieniu, powstają blastomery, które mogą różnicować się do każdego typu komórek, są to więc tzw. komórki totipotencjalne. Tego typu komórki mogą dać początek każdej wyspecjalizowanej komórce całego organizmu, łożysku, błonom płodowym i wszystkim typom komórek niezbędnym w czasie embriogenezy.
Na dalszym etapie rozwoju zarodka następuje podział na linię komórek płciowych oraz somatycznych – pluripotencjalnych, które mogą utworzyć tkanki powstające ze wszystkich trzech listków zarodkowych (ekto-, endo- i mezodermy). Dzięki swoim zdolnościom do samoodnawiania i prawie nieskończonej możliwości podziałów, pula somatycznych komórek macierzystych, występujących we wszystkich tkankach dojrzałego organizmu, pełni rolę swoistego systemu naprawczego umożliwiając zastąpienie martwych komórek nowymi. Z kolei komórki multipotencjalne zasiedlają większość tkanek i narządów dorosłego organizmu. Mają zdolność do różnicowania się w linie komórek specyficznych dla środowiska określonej tkanki czy narządu3.
Najmniejszym potencjałem charakteryzują się komórki unipotencjalne, które mają zdolność różnicowania się w tylko jedną linię, np. spermatogonia. Chociaż w większości tkanek dorosłego człowieka komórki macierzyste tworzą bardzo małe populacje (rzędu 1–2% wszystkich komórek), ich obecność jest niezbędna w czasie całego życia pozapłodowego. Nie tylko zapoczątkowują one drogę różnicowania do określonego typu komórek, ale pełnią funkcje ochronne, np. przed przypadkowymi mutacjami4.

Tab. 1. Przykłady markerów powierzchniowych definiujących ludzkie nowotworowe komórki macierzyste w poszczególnych nowotworach11.
Typ nowotworu Markery
piersi CD44, CD24, CD133, ALDH1
jelita grubego CD44, CD24, CD29, CD133, CD166
mózgu CD90, CD133, CD15
głowy i szyi CD44, CD271
skóry CD20, CD271
wątroby CD44, CD90, CD133, CD13
płuc CD44, CD133,CD166
endometrium CD133, ALDH1
hematologiczne CD34, CD38, CD19, CD26

Mała populacja – wielki wpływ

Już na początku XX wieku podejrzewano, że nowotwory cechuje pewna heterogenność, co oznacza, że nie wszystkie komórki nowotworu są takie same i nie wszystkie są jednakowo zdolne do indukowania progresji choroby. Wiele typów nowotworów może rozwijać się z komórek o cechach przypominających komórki macierzyste pluripotencjalne, jednakże ówczesna nauka nie dysponowała wystarczająco czułymi technikami molekularnymi, aby można było przeprowadzić szczegółowe badania i to udowodnić. Dopiero w 1997 roku, w badaniach nad modelem ostrej białaczki szpikowej (AML), po raz pierwszy zidentyfikowano niewielką pulę komórek nowotworowych o fenotypie charakterystycznym dla komórek macierzystych dorosłego człowieka [CD34(+)/CD38(−)], które po przeszczepieniu do szpiku kostnego myszy laboratoryjnych ulegały podziałom i prowadziły do całkowitego odtworzenia choroby5.
Współcześnie coraz więcej dowodów wskazuje na istnienie pewnej populacji komórek, także w przypadków guzów litych (np. guzów mózgu i piersi), która ma charakter komórek macierzystych, zdolnych do samoodnawiania6, 7.
Według tzw. hierarchicznej koncepcji rozwoju chorób nowotworowych – tylko nieliczna populacja komórek nowotworowych posiada potencjał formowania guza i tylko te komórki odpowiadają za rozwój i progresję nowotworu, dając początek innym zróżnicowanym komórkom guza. Druga z istniejących teorii sugeruje, że dany nowotwór rozwija się dzięki klonalnej ekspansji jednej z komórek, która nabyła najkorzystniejsze zmiany onkogenne i która poprzez aktywną proliferację zdominowała inne typy CSC w swoim otoczeniu, a jej klonalne potomstwo zdominowało wszystkie komórki nowotworowe8.
Za nowotworowe komórki macierzyste uznaje się grupę niezróżnicowanych komórek, które mogą zostać wyizolowane na podstawie ekspresji określonej cząsteczki lub kombinacji cząsteczek nazywanych markerami. W literaturze komórki te nazywa się nowotworowymi komórkami macierzystymi, natomiast w terminologii anglojęzycznej: cancer stem cells (CSC) lub tumor initiating cells (TIC). Komórki te wykazują podwyższoną zdolność do onkogenezy w porównaniu do zwykłej komórki nowotworowej, powodują utworzenie guza nowotworowego u laboratoryjnych myszy o obniżonej odporności (ang. Severe Combined Immunodeficiency, SCID), a także mogą być odpowiedzialne za przerzutowanie9. Zwykłe komórki nowotworowe mają bardzo ograniczoną możliwość samoodnawiania lub są jej pozbawione, co sugeruje, że to właśnie populacja nowotworowych komórek macierzystych może być odpowiedzialna za wzrost i rozprzestrzenianie się nowotworu.

Identyfikacja CSC

Nowotworowe komórki macierzyste są najczęściej identyfikowane i izolowane na podstawie występowania lub badania zmian poziomu określonej charakterystycznej cząsteczki – tzw. markera. Najczęściej jest to białko lub glikoproteina występująca na powierzchni komórki, należąca do grupy CD (ang. Cluster of Differentiation), jak choćby popularny marker CD133. Analizie poddawany jest także poziom enzymów obecnych w cytoplazmie komórki, np. dehydrogenazy aldehydowej ALDH lub poziom ekspresji białek transporterów z grupy ABC, pełniących kluczową rolę w oporności wielolekowej10.
Niestety, jak dotąd nie znaleziono najlepszego, uniwersalnego markera, na podstawie którego można byłoby zidentyfikować CSC niezależnie od rodzaju nowotworu. Obecnie proponuje się raczej poszukiwanie grupy kilku do kilkunastu markerów, których wspólna ekspresja wskazuje na obecność CSC danego typu nowotworu (tabela 1).
Głównym problemem w dokładnej identyfikacji CSC wydaje się brak specyficzności markerów – wiele cząsteczek występuje zarówno na powierzchni komórek nowotworowych, jak i zdrowych. Dodatkowo, w opracowaniu skutecznych metod diagnostycznych nie pomaga fakt genetycznej heterogenności nowotworów, jak i istnienie ciągłej selekcji najlepiej przystosowanych do danego środowiska komórek8. Wydaje się więc, że komórki nowotworu często wymykają się ze sztywnych ram naukowego poznania, co często potwierdzano doświadczalnie.
Na przykład w badaniach nad nowotworem mózgu – glejakiem, zależnie od analizowanej części guza, zidentyfikowane nowotworowe komórki macierzyste miały zarówno fenotyp CD133+, jak i CD133–12. Podobną genetyczną zmienność wykazano dla macierzystych komórek nowotworu piersi – część populacji określono jako CD24–/CD44+ , natomiast część jako CD24+/CD44–13. Właśnie dlatego najlepsze rezultaty poszukiwań mają gwarantować panele złożone z wielu potencjalnych markerów, których ekspresja powinna być określana jednocześnie.
W praktyce laboratoryjnej do identyfikacji i izolowania nowotworowych komórek macierzystych wykorzystuje się najczęściej technikę cytometrii przepływowej,  która umożliwia sortowanie heterogennej mieszaniny komórek w oparciu o charakterystykę fluorescencji i załamania światła. W tej metodzie najczęściej stosuje się kilka specyficznych przeciwciał monoklonalnych przeciwko charakterystycznym dla danej tkanki markerom (tabela 1) i połączonych z różnobarwnymi barwnikami fluorescencyjnymi14.
Uważa się, że najpewniejszym testem in vivo potwierdzającym istnienie puli nowotworowych komórek macierzystych jest ich wszczepienie do specjalnie przygotowanych myszy laboratoryjnych z upośledzoną odpornością (tzw. ksenotransplantacja) i ocena ich zdolności do odtworzenia guzów nowotworowych15.

Funkcjonowanie CSC w środowisku niszy

Nowotworowe komórki macierzyste mają bardzo wiele cech normalnych komórek macierzystych, głównie niezwykłe zdolności odnowy, różnicowania i multipotencji. Jednym z ważnych czynników bezpośrednio wpływających na utrzymywanie populacji komórek macierzystych jest otoczenie, mikrośrodowisko nazywane niszą16. Nisza ta warunkuje dalsze losy komórki – jest odpowiedzialna m.in. za to, czy komórka „wybierze” drogę samoodnawiania, czy też różnicowania do innego typu komórek, np. w celu gojenia rany czy uzupełnienia ubytku zdrowych komórek danej tkanki. Komórki macierzyste, aby utrzymać swoje wyjątkowe właściwości i zdolność samoodnowy, potrzebują sygnałów zewnętrznych od komórek niszy, w której występują. Wydzielane związki sygnałowe mogą pośredniczyć w aktywacji szlaków decydujących o dalszym losie komórek macierzystych. Komórki niszy mogą mieć także fizyczny wpływ na podział komórki macierzystej. Podczas podziału mitotycznego komórka dzieli się na dwie komórki potomne – jedna z nich będzie dziedziczyć przyłączenie do innych komórek niszy, natomiast druga aktywować geny niezbędne do dalszego różnicowania. W wyniku tego – w niewielkiej odległości od siebie – mogą egzystować komórki zdolne do samoodnawiania oraz różnicujące się. To właśnie mikrośrodowisko niszy jest również odpowiedzialne za zabezpieczanie przed niekontrolowanym rozprzestrzenieniem komórek macierzystych w organizmie8. Najprawdopodobniej nowotworowe komórki macierzyste podlegają takim samym regulacjom w swoim mikrootoczeniu.
Kontrowersyjną kwestią pozostaje częstość występowania puli komórek macierzystych w populacji komórek nowotworowych. O ile zwykłe komórki macierzyste występują w tkankach w bardzo małych ilościach, często nawet mniej niż 1% całości, coraz więcej dowodów świadczy o tym, że CSC mogą stanowić dość znaczną część populacji komórek guza. Oszacowano, że w przypadku nowotworów piersi, domniemane nowotworowe komórki macierzyste o fenotypie CD24–/CD44+ stanowią nawet do 60% wszystkich komórek nowotworowych, a w nowotworze jelita grubego komórki o fenotypie CD133+ to około 25%6, 17. Najnowsze badania bioinformatyczne opierają się na opracowywaniu specjalistycznych 
modeli matematycznych i statystycznych, które mogłyby być pomocne w szacowaniu frakcji komórek macierzystych inicjujących odtwarzanie guza w poszczególnych typach choroby18.

Rys. 1. Zasada działania standardowej i celowanej terapii przeciwnowotworowej14, 19.

Nowoczesne terapie przeciwnowotworowe

Zwiększająca się częstość zapadalności na choroby nowotworowe zmusza naukowców do poszukiwania coraz nowocześniejszych i bardziej skutecznych metod leczenia, uwzględniających wyeliminowanie puli nowotworowych komórek macierzystych.
Skuteczna terapia przeciwnowotworowa powinna zwalczać nie tylko zróżnicowane komórki guza, ale i populację nowotworowych komórek macierzystych. Powszechnie stosowane, konwencjonalne strategie jak chemioterapia, radioterapia czy immunoterapia są zdolne jedynie do unieszkodliwiania szybko rosnących, zróżnicowanych komórek nowotworowych (rys 1). Ich zastosowanie może co prawda spowodować redukcję ogólnej masy guza, ale już nie zabicie komórek mogących inicjować jego powstawanie. Efekty takiego leczenia będą często krótkotrwałe i już nawet po kilku miesiącach może nastąpić nawrót choroby. Co gorsze – pozostałe komórki nowotworowe mogą uodpornić się na szereg leków przeciwnowotworowych lub wykazywać wręcz większą inwazyjność, co jest oczywiście negatywnym prognostykiem dla pacjenta14.
Do skonstruowania specyficznej, tzw. celowanej chemioterapii niezbędna jest szczegółowa identyfikacja markerów nowotworowych komórek macierzystych.
Propozycje nowych strategii terapeutycznych mogą opierać się na przykład na wykorzystywaniu nanocząsteczek – liposomów, polimerowych miceli czy dendrymerów – działających jak kapsuły z zamkniętym wewnątrz lekiem, które docierają jedynie do komórek z określonym antygenem. Dzięki temu, cytostatyk trafiałby selektywnie do komórki o charakterze macierzystym, nie uszkadzając przy tym zdrowych tkanek organizmu. W jednej z eksperymentalnych terapii nowotworu piers...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Naturoterapia w praktyce" w roku + wydania specjalne
  • Nielimitowany dostęp do całego archiwum czasopisma
  • Dodatkowe artykuły i filmy
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy