Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvað eru stofnfrumur og hvert er hlutverk þeirra?

Hér er einnig svar við spurningunni Hvaða eiginleika hafa stofnfumur sem nýtast við lækningar?

Stofnfrumur eru ósérhæfðar, frumstæðar frumur sem geta bæði fjölgað sér og sérhæfst í sérstakar frumugerðir. Í 3-5 daga fósturvísi, svokallaðri kímblöðru, mynda um 30 frumur innri frumumassa sem þroskast síðan og breytast í þær hundruð sérhæfðra frumugerða sem þarf til að mynda fullvaxta lífveru. Í sumum fullþroska vefjum, svo sem beinmerg, vöðvum og heila, finnast litlir stofnar af fullorðinsstofnfrumum sem sjá þessum vefjum fyrir varahlutum í stað frumna sem eyðast við eðlilegt slit, áverka og sjúkdóma.

Vísindamenn hafa mikið rannsakað stofnfrumur meðal annars í þeim tilgangi að öðlast vitneskju um hvernig lífvera þroskast frá stakri frumu (okfrumu) og hvernig heilbrigðar frumur koma í stað skaddaðra í fullþroska lífverum. Það sem gerir stofnfrumur sérstakar er að þær eru ósérhæfðar og viðhalda sér í langan tíma með frumuskiptingum, og það má fá þær til að verða að frumum með sérhæfð hlutverk með því að rækta þær við tiltekin lífeðlisfræðileg skilyrði. Sem dæmi má nefna hjartavöðvafrumur sem slá og briskirtilfrumur sem framleiða insúlín.

Vísindamenn binda vonir við að geta ræktað stofnfrumur og stýrt þroskun þeirra í sérhæfðar frumur og vefi sem nýta mætti til að meðhöndla sjúkdóma og áverka. Sú kenning hefur verið sett fram að í framtíðinni megi ef til vill nota stofnfrumur til að meðhöndla sjúkdóma eins og parkinsonsveiki, sykursýki og hjartasjúkdóma.

Vísindamenn vinna með tvenns konar stofnfrumur úr dýrum og mönnum: fósturstofnfrumur og fullorðinsstofnfrumur. Þessar tvær megingerðir stofnfrumna hafa ólíka eiginleika og hlutverk. Liðin eru meira en tuttugu ár frá því að vísindamenn komust að því hvernig þeir gætu einangrað og ræktað stofnfrumur úr músafósturvísum. Það var þó ekki fyrr en árið 1998, eftir miklar og ítarlegar rannsóknir, að vísindamönnum tókst að einangra stofnfrumur úr fósturvísum manna. Fósturvísarnir sem eru notaðir í þessum tilgangi hafa allir orðið til við meðferð vegna ófrjósemi, það er við glasafrjóvganir, en aldrei teknir úr legi konu. Þessir fósturvísar hafa verið gefnir til rannsókna með upplýstu samþykki gefenda.

Stofnfrumur búa yfir þremur eiginleikum sem greinir þær frá öðrum frumum líkamans: þær geta skipt sér og þannig endurnýjað sig, þær eru ósérhæfðar og að lokum geta þær þroskast í sérhæfðar frumur. Þetta á jafnt við um fóstur- og fullorðinsstofnfrumur. Lítum nánar á hvern þessara eiginleika.



Frumufjölgun

Vöðvafrumur, blóðfrumur og taugafrumur fjölga sér yfirleitt ekki eftir að þær verða fullþroska. Stofnfrumur geta aftur á móti skipt sér aftur og aftur ef rétt skilyrði eru fyrir hendi. Ef byrjað er á að einangra nokkrar stofnfrumur og þær ræktaðar við góð skilyrði geta þær verið orðnar margar milljónir eftir um hálft ár. Séu frumurnar enn ósérhæfðar eins og móðurfrumurnar voru upphaflega er talað um að þær búi yfir getu til langtíma sjálfsviðhalds.

Við rannsóknir á stofnfrumum reyna vísindamenn að komast að því hvers vegna fósturstofnfrumur geta viðhaldið sér í ár eða lengur án þess að sérhæfast á meðan fullorðinsstofnfrumur geta það ekki. Einnig er leitað svara við spurningunni um það hvaða þættir í lifandi veru stjórna frumufjölgun og sjálfsviðhaldi undir venjulegum kringumstæðum. Svör við þessum spurningum gætu hjálpað mönnum að skilja hvernig frumufjölgun er stýrt á fósturskeiði og eins hvað það er sem fer úrskeiðis þegar frumufjölgun fer úr böndum og krabbamein myndast.

Ósérhæfni

Stofnfrumur hafa ekki neinn útbúnað sem gerir þeim kleift að sinna vefjasérhæfðum störfum, til dæmis að slá eins og hjartafruma, flytja súrefni um líkamann eins og rauðkorn eða senda rafboð til annarra frumna eins og taugafruma. En ósérhæfðar stofnfrumur geta orðið að sérhæfðum frumum eins og þeim sem voru nefndar hér að ofan ef líkaminn þarf á þeim að halda. Vísindamenn hafa mikinn áhuga á því að vita hvaða þættir og skilyrði það eru sem gera stofnfrumum kleift að haldast ósérhæfðar. Það hefur kostað mikla vinnu og mörg mistök að læra að rækta stofnfrumur og viðhalda þeim án þess að þær sérhæfist af sjálfu sér.

Sérhæfing

Þegar ósérhæfðar stofnfrumur breytast í sérhæfðar er það kallað sérhæfing. Vísindamenn eru rétt að byrja að öðlast vitneskju um hvaða merki það eru bæði innan og utan frumunnar sem koma sérhæfingu stofnfrumna af stað. Innri merkin eru undir stjórn gena frumunnar en þau geyma upplýsingar um öll störf og alla gerð frumunnar. Ytri sérhæfingarmerkin eru meðal annars efni sem aðrar frumur seyta og snerting við nærliggjandi frumur og tilteknar sameindir í nánasta umhverfinu.

Mörgum spurningum varðandi sérhæfingu stofnfrumna er enn ósvarað eins og hvort innri og ytri merkin eru þau sömu fyrir allar gerðir stofnfrumna og hvort hægt sé að greina tiltekin merki til að fá stofnfrumur til að sérhæfast í ákveðnar frumugerðir. Svör við þessum spurningum eru nauðsynleg til þess að mögulegt sé að stjórna frumusérhæfingu í rannsóknastofunni og framleiða frumur eða vefi í læknisfræðilegum tilgangi.

Eins og áður sagði vinna vísindamenn með tvenns konar stofnfrumur, fósturstofnfrumur og fullorðinsstofnfrumur.

Fósturstofnfrumur eru fengnar úr innri frumumassa 4-5 daga fósturvísis. Þetta stig fósturþroskunar kallast kímblaðra. Hún er hol blaðra af frumum og skiptist í þrjá meginhluta. Innst er kímblöðruhol sem er holrúm innan kímblöðrunnar. Þar inni öðrum megin er innri stofnfrumumassinn sem á eftir að þroskast í fóstur. Yst er frumulag sem kallast næringarhýði og verður síðar legkaka fóstursins.

Þegar fósturstofnfrumur eru ræktaðar eru frumur teknar úr innri frumumassanum með fíngerðri nál og settar á hlaupkennt efni í plastskál. Í hlaupinu eru öll næringarefni sem nauðsynleg eru til þess að stofnfrumur geti haldist lifandi og fjölgað sér. Frumurnar fjölga sér og dreifast yfir allt yfirborð hlaupsins. Þegar þrengist um þær eru frumur færðar í nýjar skálar. Þetta er endurtekið oft á næstu mánuðum og þannig fást milljónir frumna eftir um hálfs árs ræktun.

Frumurnar eru undir ströngu eftirliti og skoðaðar með jöfnu millibili í smásjá til að ganga úr skugga um að þær séu ekki farnar að sérhæfast og hafi ekki orðið fyrir skemmdum á litningunum. Þegar slíkar fósturfrumulínur hafa verið ræktaðar má frysta þær og flytja til annarra rannsóknastofa.

Næsta skrefið er að finna uppskriftir að því hvernig má fá frumurnar til að sérhæfast í þær frumugerðir sem áhugi er á að rækta, til dæmis hjartavöðvafrumur, taugafrumur, vöðvafrumur eða brisfrumur. Ef vísindamönnum tekst að stýra ræktun sérhæfðra frumna standa vonir til að hægt verði að flytja þær í sjúkt eða skaddað líffæri þar sem þær stuðla að viðgerð og endurnýjun starfsgetu þess. Tekist hefur að gera þetta á músum og vonandi verður ekki langt að bíða þar til það sama á við um menn. Sjúkdómar sem nefndir hafa verið í þessu sambandi eru parkinsonsveiki, sykursýki, mænuskaði, purkinje-heilafrumurýrnun, duchenne-vöðvarýrnun, hjartasjúkdómar, blinda og heyrnaleysi.

Fullorðinsstofnfrumur eru ósérhæfðar frumur sem finnast innan um sérhæfðar frumur í vef eða líffæri. Meginhlutverk þessara stofnfrumna er að viðhalda og gera við vefina sem þær eru í. Uppruni þeirra er óþekktur.

Nýlegar rannsóknir á stofnfrumum í þessum flokki hafa vakið mikla eftirvæntingu þar sem þær hafa fundist í mun fleiri vefjum en áður var talið mögulegt. Því vaknar sú spurning hvort ekki megi nota slíkar stofnfrumur til vefjaflutninga. Blóðmyndandi stofnfrumur úr fullorðnum beinmerg hafa reyndar verið notaðar í 30 ár, til dæmis við meðhöndlun hvítblæðis.

Vitað er að í beinmerg eru tvenns konar stofnfrumur. Annars vegar blóðmyndandi stofnfrumur sem geta sérhæfst í allar gerðir blóðfrumna og hins vegar strammastofnfrumur (bone marrow stromal cells) sem geta sérhæfst í bein-, brjósk-, fitu- og bandvef. Fullorðinsstofnfrumur hafa fundist í mörgum líffærum og vefjum, en almennt gildir að þær eru mjög fáar á hverjum stað. Talið er að fullorðinsstofnfrumur haldi sig á tilteknum svæðum í vef eða líffæri þar sem þær eru í dvala og skipta sér ekki í mörg ár eða þar til þær eru ræstar af sjúkdómi eða áverka. Þá sérhæfast þær í frumugerðirnar sem vantar í vefinn. Fullorðinsvefir sem stofnfrumur hafa greinst í eru heili, beinmergur, blóð, æðar, beinagrindarvöðvar, húð og lifur.

Komið hefur fram við rannsóknir á síðustu árum að sumar fullorðinsstofnfrumur búa yfir fjölhæfni eða sveigjanleika, það er þær geta sérhæfst í nokkrar ólíkar frumugerðir. Dæmi um slíkt eru stofnfrumur beinmergs, og heilafrumur sem geta sérhæfst í allar þrjár megingerðir heilafrumna.

Einn meginkostur við notkun fullorðinsstofnfrumna í læknisfræðilegum tilgangi er sá möguleiki að taka stofnfrumur frá sjúklingi, rækta þær og fá þær til að sérhæfast í tiltekna gerð og flytja svo aftur í viðkomandi sjúkling þar sem þörf er á frumum. Þetta ætti ekki að hafa í för með sér ónæmissvar ónæmiskerfisins þar sem þetta eru stofnfrumur líkamans sjálfs og því ætti hann ekki að hafna nýju frumunum. Þannig mætti losna við að gefa viðkomandi sjúklingi ónæmisbælandi lyf, eins og nauðsynlegt er þegar frumur koma frá öðrum einstaklingi.

Annar kostur er að sjálfsögðu sá að með því að nota eigin stofnfrumur fullorðinnar manneskju vakna ekki þær siðferðisspurningar sem óhjákvæmilega þarf að vega og meta við notkun fósturstofnfrumna.

Spennandi verður að fylgjast með niðurstöðum rannsókna á stofnfrumum í nánustu framtíð. Þær gætu hugsanlega leitt til byltingarkenndra nýjunga í læknisfræði.

Heimildir:

Mynd: The Why? Files - Science Behind the News

Útgáfudagur

19.12.2002

Spyrjandi

Sigurður Þór Sigurðsson
Rakel Guðmundsdóttir

Höfundur

Tilvísun

Þuríður Þorbjarnardóttir. „Hvað eru stofnfrumur og hvert er hlutverk þeirra?“ Vísindavefurinn, 19. desember 2002. Sótt 19. júlí 2018. http://visindavefur.is/svar.php?id=2969.

Þuríður Þorbjarnardóttir. (2002, 19. desember). Hvað eru stofnfrumur og hvert er hlutverk þeirra? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2969

Þuríður Þorbjarnardóttir. „Hvað eru stofnfrumur og hvert er hlutverk þeirra?“ Vísindavefurinn. 19. des. 2002. Vefsíða. 19. júl. 2018. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2969>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Hundaæði

Hundaæði er heilabólga sem orsakast af veiru sem smitast með dýrabiti, oftast biti hunds eða leðurblöku. Einkenni eru rugl, æsingur eða æðisköst, ofskynjanir, krampar, slef, skert meðvitund, lömun og erfiðleikar við að kyngja. Komi einkenni frá taugakerfi fram er sjúkdómurinn oftast banvænn. Franski efna- og örverufræðingurinn Louis Pasteur varð fyrstur til að þróa bóluefni gegn hundaæði.