เซลล์ต้นกำเนิดและการฟื้นฟู
เซลล์ต้นกำเนิดที่สามารถสร้างตัวเองขึ้นใหม่ได้อย่างไรจึงคงสภาพและทดแทนเนื้อเยื่อได้, ชะตากรรมของเซลล์สามารถถูกตั้งค่าใหม่ได้อย่างไร, และสิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถสร้างส่วนที่หายไปของร่างกายขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร
Definition
เซลล์ต้นกำเนิดคือเซลล์ที่สามารถสร้างตัวเองขึ้นใหม่และสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดพิเศษหนึ่งชนิดหรือมากกว่านั้นได้; การฟื้นฟูคือการเจริญเติบโตใหม่หรือการทดแทนเซลล์, เนื้อเยื่อ, หรือส่วนของร่างกายที่สูญเสียไปหรือเสียหาย
Scope
สาขานี้ครอบคลุมชีววิทยาของเซลล์ต้นกำเนิด — คุณสมบัติของการสร้างตัวเองขึ้นใหม่และความสามารถในการเปลี่ยนแปลง, ความแตกต่างระหว่างเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนและเซลล์ต้นกำเนิดในผู้ใหญ่, และแหล่งอาศัยของเซลล์ต้นกำเนิด — พร้อมกับการตั้งโปรแกรมใหม่ของเซลล์ที่แตกต่างกันด้วยการทดลอง, กลไกของการฟื้นฟูและซ่อมแซมเนื้อเยื่อ, และความสามารถในการฟื้นฟูที่เปลี่ยนแปลงไปตามอายุ. โดยอาศัยหลักการพัฒนาการเพื่ออธิบายว่าเนื้อเยื่อถูกสร้างขึ้น, บำรุงรักษา, และฟื้นฟูได้อย่างไร
Sub-topics
Core questions
- อะไรที่ทำให้เซลล์ต้นกำเนิดมีความสามารถทั้งในการสร้างตัวเองขึ้นใหม่และเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดอื่นได้?
- เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนและเซลล์ต้นกำเนิดในผู้ใหญ่แตกต่างกันอย่างไรในด้านความสามารถและบทบาท?
- ชะตากรรมของเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไปแล้วสามารถถูกตั้งค่าใหม่ได้หรือไม่ และอย่างไร?
- ทำไมสัตว์บางชนิดจึงสามารถสร้างอวัยวะขึ้นมาใหม่ได้ในขณะที่บางชนิดไม่สามารถทำได้?
Key theories
- ความสามารถรอบด้านของเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน
- เซลล์ที่ได้จากตัวอ่อนในระยะแรกสามารถเพิ่มจำนวนได้อย่างไม่จำกัดในขณะที่ยังคงความสามารถในการสร้างเซลล์ทุกชนิดในร่างกาย, ซึ่งเป็นการยืนยันว่าความสามารถรอบด้านเป็นสถานะของเซลล์ที่สามารถกำหนดและรักษาไว้ได้
- การตั้งโปรแกรมใหม่เพื่อชักนำให้เกิดความสามารถรอบด้าน
- ชุดของปัจจัยการถอดรหัส (transcription factors) ที่กำหนดไว้จำนวนน้อยสามารถเปลี่ยนเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไปแล้วให้กลับไปสู่สถานะที่มีความสามารถรอบด้านได้, ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการเปลี่ยนแปลงถูกควบคุมโดยปัจจัยควบคุมและสามารถฟื้นฟูได้ด้วยการทดลอง
Mechanisms
เซลล์ต้นกำเนิดรักษาสมดุลระหว่างการสร้างตัวเองขึ้นใหม่และการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดอื่น, ซึ่งมักจะถูกควบคุมโดยสัญญาณจากสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่อยู่รอบๆ (niche) ซึ่งรักษาสภาพความเป็นเซลล์ต้นกำเนิดและควบคุมเวลาที่เซลล์จะเปลี่ยนแปลง. ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงมีตั้งแต่เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนที่มีความสามารถรอบด้าน (pluripotent) ซึ่งสามารถสร้างเซลล์ทุกชนิดในร่างกายได้ ไปจนถึงเซลล์ต้นกำเนิดในผู้ใหญ่ (เนื้อเยื่อ) ที่มีความจำเพาะมากขึ้นซึ่งทำหน้าที่บำรุงรักษาอวัยวะเฉพาะ. เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไปแล้วไม่ได้ถูกกำหนดตายตัวถาวร: การให้ปัจจัยการถอดรหัส (transcription factors) ที่กำหนดไว้สามารถตั้งโปรแกรมเซลล์เหล่านั้นให้กลับไปมีความสามารถรอบด้านได้, และเซลล์บางชนิดสามารถเปลี่ยนชนิดได้ (transdifferentiate). การฟื้นฟูใช้โปรแกรมการพัฒนาการซ้ำ — การเพิ่มจำนวน, การสร้างรูปแบบ, และการเปลี่ยนแปลง — เพื่อสร้างโครงสร้างที่หายไปขึ้นมาใหม่, โดยขอบเขตของความสามารถในการฟื้นฟูจะแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละสปีชีส์และมีแนวโน้มที่จะลดลงตามอายุ
Clinical relevance
ชีววิทยาของเซลล์ต้นกำเนิดและการตั้งโปรแกรมใหม่เป็นพื้นฐานของการแพทย์ฟื้นฟู, การสร้างแบบจำลองโรค, และการค้นพบยา, และความเข้าใจในการฟื้นฟูจะช่วยในการพัฒนาแนวทางในการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ. บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์หรือการรักษา
History
งานวิจัยเกี่ยวกับเซลล์สร้างเลือดได้สร้างแนวคิดของเซลล์ต้นกำเนิด; การแยกเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของมนุษย์ในปี 1998 ทำให้มีเซลล์มนุษย์ที่มีความสามารถรอบด้านสำหรับการศึกษา, และการชักนำให้เกิดความสามารถรอบด้านจากเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไปแล้วในปี 2006 ได้เปลี่ยนแปลงสาขานี้และได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบล
Key figures
- James Thomson
- Shinya Yamanaka
- John Gurdon
- Ernest McCulloch
- James Till
Related topics
Seminal works
- thomson1998
- takahashi2006
- gilbert2016
Frequently asked questions
- อะไรที่ทำให้เซลล์เป็นเซลล์ต้นกำเนิด?
- เซลล์ต้นกำเนิดสามารถทั้งสร้างตัวเองขึ้นใหม่โดยการแบ่งตัวและให้กำเนิดเซลล์ชนิดพิเศษที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น ซึ่งช่วยให้สามารถคงสภาพหรือเติมเต็มเนื้อเยื่อได้
- ทำไมสัตว์บางชนิดจึงสามารถสร้างแขนขาที่หายไปขึ้นมาใหม่ได้ในขณะที่บางชนิดไม่สามารถทำได้?
- การฟื้นฟูอาศัยการกระตุ้นโปรแกรมการพัฒนาการใหม่; สปีชีส์ต่างๆ มีความแตกต่างกันในความพร้อมที่เซลล์ของพวกมันจะสามารถกลับเข้าสู่โปรแกรมเหล่านั้นได้ ดังนั้นความสามารถในการฟื้นฟูจึงแตกต่างกันอย่างมากในอาณาจักรสัตว์