Cellenes Byggmester Bob

Lesetid: 5 minutter

Det sies at stamceller kan revolusjonere den medisinske forskningen, men hva er egentlig stamceller, hva kan de brukes til og hvor kommer de fra?

I løpet av de siste årene har stamceller fått enorm oppmerksomhet fra forskere og media på grunn av sitt potensiale til å danne nye behandlingsmetoder for mange uhelbredelige sykdommer og skader som det i dag ikke finnes behandling for. Stamcelleforskningen er fremdeles i en tidlig fase og mange spørsmål er fremdeles ubesvart. For å få svar på disse spørsmålene trengs det mer forskning.

Spesialiserte og uspesialiserte celler

Kroppen vår består av over 200 ulike celletyper som har helt bestemte funksjoner. Muskelceller trekker seg sammen, fettceller lagrer energi, mens cellene i immunforsvaret beskytter oss mot bakterier og virus. De er med andre ord spesialiserte.

Stamceller derimot, er uspesialiserte. De har den egenskapen at de kan utvikle seg til nye spesialiserte celler. Den andre viktig egenskapen er evnen til å lage identiske kopier av seg selv, slik at de hele tiden vil danne nye stamceller. Hver eneste dag dør det milliarder av celler i kroppen vår. Stamcellene vil da være de som opprettholder og fornyer celler i organer og vev.

Vi finner stamceller i de fleste av kroppens organer.  Stamceller som vi finner i organer hos levende individer, kaller vi adulte stamceller. Utviklingspotensialet til disse stamcellene er som oftest begrenset til den type celler som finnes i det organet eller vevet hvor stamcellene befinner seg. De kan med andre ord ikke utvikle seg til alle kroppens celletyper, men til noen celletyper.

Dyrke celler for å lage organer

De unike egenskapene til stamcellene, gjør dem svært attraktive for medisinsk forskning. Etter at de er hentet ut kan vi dyrke dem i et laboratorium og få mange millioner nye. Håpet er at vi kan benytte stamcellene til å lage organer i laboratoriet som vi kan transplantere inn i pasienter.

Forskere har allerede benyttet både spesialiserte celler og stamceller til å lage organer. Det første laboratorieproduserte organet som ble transplantert inn i et menneske var en urinblære. Flere pasienter har fått denne behandlingen, og urinblærene ser ut til å fungere godt uten store bivirkninger. Det samme har også blitt gjort med vagina og luftrør.

For å lage vev og organer i laboratoriet må vi optimalisere måten vi dyrker frem stamceller. Dette for å sikre at stamcellene utvikler seg til den celletypen vi trenger. I kroppen er nemlig stamcellene i fysisk kontakt både med hverandre og med andre celler og molekyler. Denne kontakten er avgjørende for om stamcellene skal holde seg i ro eller dele seg og utvikle seg til spesialiserte celler.

Kontakten med omgivelsene sender signaler inn i cellene og aktiverer gener. Ulike signaler fra omgivelsene (celler og molekyler) aktiverer ulike gener.  Noen signaler aktiverer «muskelgener», som får stamcellene til å utvikle seg til muskelceller. Andre signaler aktiverer «fettgener» og gjør at stamcellene blir til fettceller.

Bruken av embryonale stamceller er kontroversiell

Adulte stamceller, som vi nevnte ovenfor, kan høstes fra blant annet fettvev og beinmarg uten nevneverdig risiko. Dette blir gjort etter samtykke fra pasienter eller donorer. Det er derfor få etiske betenkeligheter med å bruke adulte stamceller til forskning og i behandling. En stor fordel med adulte stamceller er at vi kan benytte pasientens egne stamceller. Dette innebærer at pasientens immunsystem ikke vil avstøte cellene når vi skal transplantere de tilbake i pasienten.

Det er ved andre typer stamceller det begynner å bli problematisk. De tidligste cellene som utvikler seg fra et befruktet egg kalles embryonale stamceller. Disse stamcellene har som oppgave, i forløpet til svangerskapet, å bli til alle de spesialiserte cellene som utgjør kroppen til det nyfødte barnet.

Par som får barn ved assistert befruktning, prøverørsbarn, får ofte befruktet flere egg. Slike befruktede egg fryses ned slik at paret kan bruke dem senere. Hvis paret ikke vil bruke alle de befruktede eggene vil de bli destruert etter fem år. Slike overtallige befruktede egg kan vi, hvis paret tillater det, benytte til å dyrke fram embryonale stamceller i laboratoriet.

En stor fordel med embryonale stamceller er at de kan dele seg et uendelig antall ganger i laboratoriet. Dette kan ikke  adulte stamceller. De embryonale stamcellene kan da utvikle seg til å bli til alle kroppens celletyper. En ulempe er at dette ikke er pasientens egne celler, noe som gjør at cellene kan avstøtes fra kroppen.

Siden befruktede egg har muligheten til å utvikle seg til et foster hvis de blir satt inn i en livmor er det også knyttet særlige etiske problemstillinger til forskning og bruk av embryonale stamceller.

Isolere stamceller fra benmarg

Når vi tar stamceller ut av kroppen blir miljøet rundt cellene veldig annerledes enn hva de er vant til. For å kunne lage nye organer er det derfor viktig at vi prøver å etterligne miljøet i kroppen mest mulig.

I min masteroppgave benyttet jeg en type adulte stamceller, såkalte mesenskymale stamceller (MSC), som jeg isolerte fra beinmarg. Disse stamcellene kan blant annet spesialisere seg til å bli bruskceller, fettceller og beinceller. I forskningsgruppen vår prøver vi å lage bruskbiter i laboratoriet som vi kan transplantere inn i knær med bruskskader.

I beinmargen befinner MSC’ene seg i et slags tredimensjonalt  (3D) nettverk hvor de er i kontakt med

omgivelsene sine i alle retninger. Etter vi har tatt MSC’ene ut fra kroppen dyrkes de i plastskåler eller plastflasker som inneholder et dyrkingsmedium (væske med næringsstoffer). MSC’ene fester seg til plastikkoverflaten.

I denne prosessen blir cellene helt flate og de vokser/deler seg som flate celler mens de sitter fast til plastikkoverflaten (todimensjonalt – 2D). Ved å tilsette ulike kombinasjoner av hormoner og vekstfaktorer kan vi styre MSC’ene til å spesialisere seg til å bli blant annet bruskceller, beinceller eller fettceller.

Vanligvis når vi dyrker celler i laboratoriet benytter vi oksygenkonsentrasjoner tilsvarende vanlig romluft (ca 21%). I beinmargen er oksygenkonsentrasjonene mye lavere. I tillegg til å ha en uvanlig form blir cellene også utsatt for uvanlig høye oksygenkonsentrasjoner når vi tar dem ut av kroppen. Dette kan ha mye å si for hvilken type celle vil lage i laboratoriet. For eksempel, så lever bruskceller i knærne våre under lave oksygenkonsentrasjoner.

Overførte stamcellene fra 2D til 3D

Et av målene med min masteroppgave var å se om vi kunne dyrke stamcellene under oksygenkonsentrasjoner som var mer like det vi fant i beinmarg. Først undersøkte jeg stamcellene mens de vokste som flate celler i 2D. Dette ble gjort uten å spesialisere de med hormoner og vekstfaktorer.

En rekke parametere ble undersøkt, men resultatene viste ingen forskjeller mellom stamceller som ble dyrket under vanlig romluft og lave oksygenkonsentrasjoner.

Det andre målet med oppgaven var å overføre stamcellene fra 2D (”flate celler”) til et biomateriale hvor stamcellene kunne dyrkes på en måte hvor de fikk en rund form (3D).

Til biomaterialet var det festet molekyler som vi visste stamcellene kunne feste seg til slik at de fikk noen av de samme signalene de vanligvis får inni kroppen. Igjen ble cellene dyrket under ulike oksygenkonsentrasjoner, men vi fant ingen forskjell denne gangen heller. Vi lurte derfor på om cellenes spesialiseringsevne ble påvirket når de ble dyrket i 3D.

Det første jeg undersøkte var om stamcellene spontant begynte å spesialisere seg uten å tilsette hormoner og vekstfaktorer. Resultatene viste at overførselen fra 2D til 3D aktiverte noen av genene, men ikke de som er nødvendig for å spesialisere seg til bruskceller.

Til tross for at noen ”fettgener” og ”beingener” ble aktivert greide likevel ikke stamcellene å utvikle seg til ferdig utviklede fettceller eller beinceller. Da var det nødvendig å tilsette hormoner og vekstfaktorer . 

Resultatet og veien videre

Til tross for at vi ikke fant noen forskjeller ved dyrking i ulike oksygenkonsentrasjoner, vet vi likevel i dag at oksygen er viktig for en rekke prosesser og at dette påvirker cellene. Mangel på utstyr på tidspunktet jeg gjennomførte forsøkene gjorde at det ikke var mulig å finne mer ut av dette.

For min egen del var ikke selve resultatene fra masteroppgaven min det viktigste. Det aller viktigste for meg var å lære å tenke vitenskapelig. Å gjøre vitenskapelige forsøk og samtidig få erfaring med cellebiologiske teknikker som brukes i medisinsk forskning.

Dette er selvfølgelig ikke noe som læres over natten, men masteroppgaven var en god start. Det var en veldig nyttig og interessant erfaring som gjorde at jeg fortsatte med forskning. Takket være mastergraden har jeg i dag en doktorgrad og forsker fremdeles på stamceller og brusk.