Diferentierea celulelor stem embrionare "in vitro"

Diferentierea celulelor stem embrionare "in vitro"

Una dintre cele mai importante insusiri ale liniilor celulare stem embrionare este reprezentata de abilitatea lor de a se diferentia in tipuri somatice mature, pe calea celulelor precursoare prin aplicarea stimulilor potriviti. Cea mai comuna metoda pentru initiere a diferentierii in cultura este formarea de structuri sferice tridimensionale numite corpusculi embrionari sau embryoid bodies (Ebs), datorita similaritatii lor cu tesutul embrionar (Lisa A. Fortier, 2005).

Aceste agregate contin derivate ale tuturor celor 3 straturi embrionare, formarea lor ducand la generarea majoritatii liniilor celulare somatice. Celulele stem embrionare diferentiate in culturi monostratificate formeaza cantitati mari de celule endodermice care se diferentieaza de restul coloniilor prin aspectul lor aplatizat. Diferentierea corpusculilor embrionari nu reconstituie intregul dispozitiv al dezvoltarii embrionare deoarece nu prezinta polaritate si nici nu au un plan axial. De aceea aceste celule stem embrionare nu pot forma embrioni viabili.

Pentru formarea corpusculilor embrionari de mai multe marimi si forme celulele pot fi transferate in cultura prin suspensie la desitate mare sau prin adaugarea unui mediu ce contine metilceluloza. Procedeele de diferentiere "in vitro" a celulelor stem de soarece au cunoscut progrese semnificative comparativ cu cele utilizate in medicina omului.

In acest sens unul din cele mai impresionante genotipuri de celule stem embrionare diferentiate sunt reprezentate de cardiomiocitele primitive obtinute in cultura ce reprezinta capacitati contractile in cultura aderenta. Astfel, cardiomiocitele derivate din celulele stem de soarece exprima markeri specifici tesutului, incluzand proteine cardiace structurale, receptori cardiaci si factori de transcriptie cardiaci (Hescheler J., si col., 1997).

Populatia celulelor contractile astfel obtinuta cuprinde o serie variata de tipuri celulare avand functii specializate in directia genezei atriilor, ventriculelor, elementelor vasculare si a nodulilor cardiaci.

Aceste celule sunt capabile sa se integreze in tesutul endogen al inimii continuandu-si diferentierea in vivo dupa introducerea in situ. Aceste cercetari realizate pe celule stem embrionare de soarece stau la baza protocoalelor obtinerii cardiomiocitelor provenite din celulele stem umane.

Faptul ca unele cercetari in domeniu atrag atentia asupra aparitiilor unor aritmii severe in cazul transplantului celulelor miocardic, consideram ca terapiile bazate pe celule stem embrionare au multe obstacole de strabatut inainte de a putea fi transferate din laborator in practica. Pe langa diferentierea cardiaca celulele stem embrionare de soarece si om au stat la baza altor tipuri celulare inclusiv a condrocitelor, adipocitelor si celulelor endoteliale (Hescheler J. si col., 1997; Dineder K.S. si col., 2006). In ceea ce priveste diferentierea celulelor  stem embrionare murine pe linie neuroectodermala, protocolul este relativ usor stand la baza formarii celulelor neuronale, astrocitelor si oligodendrocitelor. Studiile preliminare ale implantarii de neuroni derivati din celulele stem embrionare la soarece au indicat ca aceste celule sunt active functional, se integreaza in creier vindecand unele boli neurodegenerative (Kaomei G. si col., 1999).

Culturile de celule stem embrionare diferentiate la soarece, pot fi directionate in vederea obtinerii celulelor epiteliale alveolare de tip II prin aplicarea de mediu manitol-glucoza-adenina-salina (SAGM), un mediu desemnat pentru mentinerea epiteliului primar distal pulmonar in cultura. Celulele de tip II au fost identificate prin exprimarea unui produs specific celular, proteina C surfactant si prin prezenta unui organ specific celular. Totusi in ciuda acestei imbogatiri aceste celule au fost prezente doar intr-o frecventa foarte scazuta (Shunsuke O., si col. 2007). Alte tipuri de celule endodermale care au fost obtinute din celulele ES includ hepatocitele si celulele pancreatice sub forma de insulite.

Majoritatea raporturilor de diferentiere a celulelor stem embrionare in vitro, s-au  concentrat asupra diferentierii celulelor in culturi aderente urmand formarea de corpusculi embrionari. Totusi pentru multe tesuturi, incorporarea celulelor diferentiate in structuri superioare va fi esentiala pentru ca implanturile sa functioneze si achizitia unei structuri tridimensionale (3D) sa poata duce la maturizarea si specializarea tipurilor de celule diferentiate.

In general celulele stem embrionare diferentiate au fost foarte greu de sustinut in culturi tridimensionale (3D) datorita problemelor in controlarea proliferarii, supravietuirii celulelor si prezentei unor populatii amestecate de tipuri celulare.

Recent, celulele stem embrionare umane au fost diferentiate pe un suport polimeric desemnat pentru suportul structurilor de tesuturi complexe, formand structuri ce reprezentau caracteristicile tesuturilor neurale, cartilagiilor si ficatului, precum si o retea de tuburi asemanatoare vaselor de sange. Organizarea structurilor poate fi asigurata prin conditionarea mediului cu factori de crestere specifici si prin implantarea la soareci sever imunodeficienti (SCID) (Hescheler J. si col., 1997,Shunsuke O., si col. 2007).