Mis on tüvirakud? Definitsioon, tüübid ja meditsiiniline kasutus

Tüvirakud on keha rakud (somaatilised rakud), mis võivad jaguneda ja diferentseeruda.

Organismi kasvades spetsialiseeruvad tüvirakud ja võtavad üle spetsiifilised funktsioonid. Näiteks küpsetes kudedes, nagu nahk, lihased, veri, luud, maks, närvid, on kõik erinevat tüüpi rakud. Kuna tüvirakud ei ole veel diferentseerunud, võivad nad muutuda mingiteks spetsialiseerunud rakkudeks. Organismid kasutavad tüvirakke ka kahjustatud rakkude asendamiseks.

Tüvirakke leidub enamikus, kui mitte kõigis taimedes ja loomades. Nad jagunevad ja diferentseeruvad mitmesugusteks rakutüüpideks. 1960. aastate uurimistulemused tüvirakkude valdkonnas kasvasid välja.

Imetajate tüvirakkude kaks peamist tüüpi on embrüonaalsed tüvirakud ja täiskasvanud tüvirakud, mida leidub täiskasvanud kudedes. Arenevas embrüos võivad tüvirakud diferentseeruda kõikide spetsialiseerunud embrüokudedeks. Täiskasvanud organismides toimivad tüvirakud organismi remondisüsteemina, täiendades spetsialiseerunud rakke, kuid säilitades ka vere, naha ja soolestiku kudede normaalset voolavust.

Tüvirakke saab kasvatada koekultuuris. Kultuuris saab neid muundada spetsialiseerunud rakkudeks, näiteks lihaste või närvide rakkudeks. Täiskasvanute väga plastilisi tüvirakke saab võtta erinevatest allikatest, sealhulgas nabanöörivere ja luuüdi hulgast. Praegu kasutatakse neid meditsiinilistes ravimeetodites ja teadlased loodavad, et tüvirakke kasutatakse tulevikus paljudes ravimeetodites.

Tüvirakkude põhikontseptsioonid

Tüvirakkude kaks keskset omadust on:

• Enesekeeruvus (self-renewal) – tüvirakud suudavad jagunemise kaudu luua rohkem tüvirakke, säilitades oma mittespetsialiseerunud oleku;
• Potents (võime diferentseeruda) – erinevatesse raku- või koetüüpidesse eristumise ulatus.

Tüvirakkude tüübid ja potentsuse jagunemine

Tüvirakke liigitatakse nende päritolu ja potentsi alusel. Peamised kategooriad on:

• Totipotentsed – kõige võimekamad; üksikud rakud võivad anda terve organismi (näiteks varajased sügisel jagunenud embrüorakud).
• Pluripotentsed – võivad eristuda kõigiks keha rakutüüpideks, kuid ei pruugi moodustada lootelimiite; embrüonaalsed tüvirakud on klassikaline näide.
• Multipotentsed – võivad diferentseeruda mitmesse, kuid mitte kõigisse, raku­liiki (näiteks hematopoeetilised tüvirakud, mis toodavad erinevaid vererakke).
• Oligopotentsed – piiratud hulga rakkude artefaktidena; suudavad moodustada ainult mõnda seotud raku tüüpi.
• Unipotentsed – toodavad ainult ühte raku tüüpi, kuid säilitavad enesekeeruvuse (näiteks mõnede kudede pinnarakud).

Allikad

Tüvirakke saab leida erinevatest allikatest:

• Embrüonaalsed tüvirakud – saadud varajastest embrüodest; on pluripotentsed.
• Täiskasvanu tüvirakud – leiduvad juba diferentseerunud kudedes ja töötavad remondina ning hävinud rakkude asendajana; näited on luuüdi hulgast leitavad hematopoeetilised tüvirakud ja nabanöörivere tüvirakud.
• Indutseeritud pluripotentsed tüvirakud (iPSC) – täiskasvanu rakkude ümberprogrammeerimine pluripotentsesse olekusse (laborsuunas loodud alternatiiv embrüonaalsetele tüvirakkudele).
• Vastsündinu ja platsentaallikad – näiteks nabanöörikangas ja -veri sisaldavad kergesti kogutavaid tüvirakke.

Meditsiiniline kasutus ja näited

Tüvirakke kasutatakse ja uuritakse mitmel otstarbel:

• Vereravimid ja transplantatsioon – hematopoeetilisi tüvirakke kasutatakse juba aastakümneid luuüdi siirdamisteks verehaiguste, nagu leukeemia ja lümfoomid, ravis.
• Kudedepõhised ravimeetodid ja regeneratiivne meditsiin – tüvirakke ja diferentseeritud rakke uuritakse südame lihase, närvikoe, maksakoe, kõhrerakkude ja naha asendamiseks pärast vigastusi või haigusi.
• Geneetiline ravi ja rakkude-tasandilised lähenemised – patsiendi enda tüvirakud saab muundada, geneetiliselt parandada ja tagasi süstida, vähendades immuunvastuse riski.
• Haiguse modelleerimine ja ravimite testimine – iPSC-de abil saab laboris luua patsiendipõhiseid rakumudeleid, et testida ravimeid ja uurida haiguste mehhanisme.

Kuidas tüvirakke töödeldakse

Tüvirakke kasvatatakse laboris koekultuuris, kus neid saab suunata diferentseeruma soovitud rakkudeks. Protsess hõlmab kasvufaktorite, geenide väljendusmustrite ja keskkonnatingimuste manipuleerimist. Teadlased arendavad ka 3D-kultuure ja organoide, mis matkivad paremini elusorganismi tingimusi.

Riskid ja piirangud

Tüviraku-põhised ravimeetodid pakuvad palju lootust, kuid kaasnevad ka riskid:

• Tuumori teketõenäosus – eriti pluripotentsete tüvirakkude puhul võib kontrollimatu kasv tekitada kasvajalaadseid struktuure (teratoomid).
• Immunev vastus – kui kasutatakse mittesobiva doonori rakke, võib tekkida hülgamisvastus.
• Kontrolli ja diferentseerumise usaldusväärsus – keeruline on tagada, et kõik siirdatavad rakud oleksid täielikult diferentseeritud ja turvalised.
• Eetilised ja õiguslikud piirangud – embrüonaalsete tüvirakkude kasutamine on paljudes riikides täis regulatiivseid ja eetilisi vaidlusi.

Eetika ja regulatsioon

Embrüonaalsete tüvirakkude kasutamine seostub eetiliste küsimustega, sest nende saamine võib nõuda embrüo hävitamist. Selle tõttu on arenenud alternatiivid, näiteks iPSC-id, mis vähendavad embrüo kasutamise vajadust. Riigiti erinevad seadused ja juhised reguleerivad tüvirakkude uurimist ja kliinilist kasutust.

Tulevik ja uuringud

Uuringud keskenduvad turvalisuse suurendamisele, täpsemale diferentseerimisele, siirdatavate rakkude püsivuse tagamisele ning kombinatsioonile geeniteraapia ja rakkude siirdamisega. Loodetakse, et tulevikus võimaldavad tüvirakkude tehnoloogiad rohkem isikupärastatud ja efektiivseid ravimeetodeid, uute ravimite kiiremat avastamist ning võimalust remondida või asendada keerulisi kudesid ja elundeid.

Kui soovite konkreetsemaid näiteid kliinilistest rakendustest, hetkeuuringutest või vastuseid sageli küsitud küsimustele (nt kust tüvirakke saab ja kuidas protseduurid toimuvad), võin kirjutada selle teema kohta täiendava lõigu.

Embrüonaalsed tüvirakud

Embrüonaalsed tüvirakud (ES-rakud) on tüvirakud, mis on võetud varajase staadiumi embrüo, nn blastotsüsti sisemisest rakumassist. Inimese embrüod jõuavad blastotsüsti staadiumisse 4-5 päeva pärast viljastamist. Sel ajal koosnevad nad 50-150 rakust.

Tüvirakkude seisundit ja seda, milliseks tütarrakud muutuvad, mõjutavad embrüo teiste rakkude signaalid.

Inimese embrüonaalsete tüvirakkude koloonia

Küsimused ja vastused

K: Mis on tüvirakud?

K: Kus leidub tüvirakke?

K: Millal algas tüvirakkude uurimine?

K: Millised on imetajate tüvirakkude kaks peamist tüüpi?

K: Kuidas kasutavad organismid tüvirakke?

K: Kuidas saavad teadlased kasutada tüvirakke?

Otsing