Rozmnožovanie a vývoj krvných buniek: Od embrya po dospelosť a medicínske aplikácie

Ľudský organizmus by bez krvi nefungoval. Táto blahodarná tekutina, ktorá tvorí asi 7 až 10 percent hmotnosti človeka (v priemere 4,5 až 6 litrov), je dôležitým transportérom nenahraditeľných látok a zároveň zabezpečuje obranu proti infekciám. Krvné bunky tvoria takmer polovicu obsahu krvi a sú medzi nimi krvné doštičky, červené a biele krvinky.

Základné zložky krvi a ich funkcie

• Červené krvinky (erytrocyty): Špecializované na prenos kyslíka a oxidu uhličitého.
• Biele krvinky (leukocyty): Zodpovedajú za prenos bunkových a protilátkových reakcií imunologického systému, bojujú s infekciami. Patrí sem aj T- a B-lymfocyty, granulocyty (neutrofily, eozinofily, bazofily a mastocyty) a makrofágy.
• Krvné doštičky (trombocyty): Špecializované na tvorbu krvných zrazenín, ktoré zastavujú krvácanie.
• Plazma: Kvapalná zložka krvi, ktorá transportuje rôzne látky.

Je pozoruhodné, že všetky tieto špecializované zrelé krvné bunky sú odvodené z jedného typu nediferencovanej bunky, ktorý sa označuje ako pluripotentný (alebo totipotentný) bunkový kmeň, nachádzajúci sa v kostnej dreni.

Bunkové jadro a genetická informácia

Bunkové jadro (nukleus) je geneticko-informačnou „centrálou“ eukaryotických buniek. Obsahuje hlavnú časť genetickej informácie bunky potrebnej pre procesy rastu, látkovej výmeny a vývinu. Tieto informácie sú uložené v chromatíne, ktorý predstavuje vlastne chromozómy počas interfázy. Jeho špiralizáciou sa zviditeľňujú chromozómy počas mitotického delenia. Chromozómy predstavujú základné funkčné jednotky jadra a sú nositeľmi genetickej informácie zakódovanej do molekuly DNA.

Počet chromozómov v jadre môže byť diploidný (u somatických buniek) alebo haploidný (u pohlavných buniek). V diploidnej sade sa vyskytujú páry homologických chromozómov, ktoré majú rovnaký tvar, veľkosť, štruktúru aj funkciu. Počet, tvar a veľkosť chromozómov je stálym znakom pre určitý druh. Jadierko (nucleolus) je miestom najvyššej proteosyntetickej aktivity a jeho hlavnou funkciou je syntéza jednotlivých typov RNA, zvlášť ribozomálnej RNA.

Bunkový cyklus a delenie buniek

Bunkový cyklus sa skladá z niekoľkých fáz: G1-fáza (postmitotická), S-fáza a fáza delenia bunky. V G1 fáze sa bunka zotavuje z delenia a tvoria sa látky potrebné pre replikáciu DNA. Je to kontrolný uzol bunkového cyklu, kde sa bunkový cyklus zastavuje v prípade nepriaznivých podmienok alebo pod vplyvom inhibítorov. S-fáza je fázou syntézy látok v bunke, najmä replikácie DNA.

Fáza delenia bunky je proces, kedy sa najprv rozdelí jadro a potom celá bunka. Existujú dva hlavné typy bunkového delenia:

• Mitóza: Zabezpečuje presné rozdelenie buniek na dve úplne rovnaké bunky. Vlákna deliaceho vretienka sa pomaly skracujú a ťahajú jednotlivé chromozómy k vlastným pólom bunky.
• Meióza: Prebieha len v pohlavných žľazách (gonádach) a vznikajú ňou pohlavné bunky - gaméty, pri ktorých dochádza k redukcii počtu chromozómov v bunke na polovicu. Meióza sa delí na Profázu I., Metafázu I., Anafázu I., Telofázu I. a následne Profázu II., Metafázu II., Anafázu II., Telofázu II. Pri meióze I dochádza k párovaniu homologických chromozómov a ich prekríženiu (crossing-over). Po homeotypickom delení (meióza II) sa chromozómy pozdĺžne delia a oddeľujú sa chromatidy, výsledkom sú 4 bunky s haploidným počtom jednochromatidových chromozómov.

Hoci má každá bunka schopnosť deliť sa, nie všetky bunky mnohobunkového organizmu sa delia. Bunky, ktoré sa napr. v ľudskom organizme nedelia, sú v G1 fáze (takéto zastavenie bunkového cyklu sa nazýva aj G0 fáza). Všetky ostatné životné funkcie vykonáva bunka bez prerušenia.

Ontogenetický vývin a tvorba pohlavných buniek

Ontogenetický vývin (ontogenéza) je komplexný proces, ktorý zahŕňa všetky fázy života organizmu od jeho začiatku až po koniec. Tento vývin sa u pohlavne sa rozmnožujúcich organizmov, vrátane človeka, začína tvorbou pohlavných buniek - gametogenézou.

Pohlavné bunky, mužské spermie a ženské vajíčka, majú polovičný (haploidný) počet chromozómov (u človeka je to 23 chromozómov). Splynutím spermie a vajíčka sa obnovuje diploidný stav (46 chromozómov), čo umožňuje špeciálne delenie jadra nazývané meióza.

Spermatogenéza (vznik spermií)

Spermie vznikajú v mužských pohlavných orgánoch - semenníkoch. Spermatogenéza prebieha neustále od puberty až po starobu. Z diploidných prvopohlavných buniek (spermatogónií) vznikajú primárne spermatocyty, ktoré vstupujú do meiózy. Po I. meiotickom delení vznikajú dva sekundárne spermatocyty a po II. meiotickom delení vznikajú štyri spermatidy s 23 jednochromatidovými chromozómami. Spermatidy ďalej dozrievajú, ich cytoplazma sa predlžuje do žubrienkovitého tvaru a na jej konci vznikne bičík. Spermia je najmenšia bunka ľudského tela a skladá sa z hlavičky (obsahuje jadro s genetickou informáciou), krčku (obsahuje mitochondrie pre energiu) a bičíka (zabezpečuje pohyb).

Oogenéza (vznik vajíčok)

Vajíčka vznikajú v ženských pohlavných orgánoch - vaječníkoch. Na rozdiel od spermií, je najviac vajíčok v tele dievčaťa prítomných pri narodení (asi 700 000) a ich počet sa neustále znižuje. Z prvopohlavných buniek vznikajú diploidné oogónie, ktoré sa mitoticky množia. I. meiotické delenie oogónií však zastane v štádiu profázy I. až do nástupu pohlavnej zrelosti, kedy vzniká primárny oocyt. Primárny oocyt prekonáva rastovú fázu a obaľuje sa okolitým tkanivom, čím vzniká primárny folikul. Zároveň s uvoľnením vajíčka z Graafovho folikulu (ovulácia) dochádza k ukončeniu I. meiotického delenia a vzniku dvoch nerovnocenných buniek - veľkého sekundárneho oocytu a malého pólového telieska. Druhé meiotické delenie nastane až v čase oplodnenia vajíčka spermiou, po ktorom vzniká už zrelé vajíčko - ootida.

Oplodnenie a prenatálny vývin

Spermie sa po pohlavnom akte dostávajú cez pošvu a maternicu do vajíčkovodov, kde zostávajú živé 1-2 dni. Len 300-500 spermií sa dostane k vajíčku a iba 1 spermia oplodňuje vajíčko. Pri styku spermie s vajíčkom dochádza k enzymatickej akrozómovej reakcii a prieniku spermie do vajíčka. Súčasne vajíčko reaguje tzv. oplodňovacou reakciou, ktorá zabráni prieniku ďalších spermií. Prienik spermie je zároveň impulzom k dokončeniu druhého meiotického delenia vajíčka. Krátko nato dochádza k splynutiu oboch haploidných jadier, čím je oplodnenie dovŕšené.

Prenatálny vývin je obdobie života dieťaťa pred jeho narodením, počnúc oplodnením vajíčka - čiže vznikom zygoty. Trvá v priemere 38 týždňov a rozdeľuje sa na dve fázy:

• Embryonálny vývin (od oplodnenia prvých 8 týždňov): Vyvíja sa zárodok (embryo). Je charakteristický kvalitatívnymi a relatívne rýchlymi zmenami, ktoré sú veľmi citlivé na pôsobenie škodlivých činiteľov (chemické látky, žiarenie, stres).
• Fetálny vývin (od 9. týždňa do pôrodu): Vyvíja sa plod (fetus).

Embryonálny vývin začína charakteristickým mitotickým delením oplodneného vajíčka - brázdením (ryhovaním) zygoty. Jednotlivé bunky sa nazývajú blastoméry. Vznik moruly prechádza do blastocysty, kde sa diferencujú povrchové bunky (trofoblast) a vlastné bunky embrya (embryoblast). Následne dochádza k nidácii (implantácii) blastocysty v maternici. Počas druhého týždňa tehotenstva je implantácia embrya ukončená a z embryoblastu sa diferencuje zárodkový štít s dvoma vrstvami: epiblast a hypoblast. V treťom týždni sa v epiblaste vytvára primitívny prúžok, popri ktorom migrujú bunky a vzniká tretia zárodočná vrstva - mezoderma. Tým vznikajú tri zárodočné vrstvy: ektoderma, mezoderma a endoderma, z ktorých sa vyvinú všetky tkanivá a orgány.

Krvotvorba a jej evolúcia

Krvotvorný systém je zodpovedný za produkciu krvi v našom organizme. Tento systém produkcie krviniek funguje ako akýsi rozvetvený strom, v ktorom kmeň, ktorý dáva vzniknúť všetkým odlišným typom buniek (čiže menším konárom), predstavujú krvotvorné kmeňové bunky. V ťažisku krvotvorného systému sa nachádzajú kmeňové pluripotentné bunky, ktoré majú schopnosť samoobnovovania a diferenciácie na všetky rôznorodé rodovo špecifické progenitórne bunky.

Počas prenatálneho vývoja dieťaťa sa krvotvorné bunky nachádzajú najmä v slezine a pečeni. Okolo siedmeho mesiaca tehotenstva sa krvotvorné bunky sťahujú z pečene do kostnej drene cestou krvného obehu. Vedci novo objavili, že kostná dreň, v ktorej sa tvorili krvinky, vznikala postupne v dutinách dlhých kostí. Predpokladá sa, že tvorba krvných buniek sa z vnútorných orgánov mohla presunúť do kostí preto, lebo novovzniknuté krvné bunky sú v dutinách kostí lepšie chránené pred podmienkami vyskytujúcimi sa na súši, ako sú ultrafialové žiarenie či extrémna zmena teploty.

Progenitórne bunky a ich vývoj

Kmeňové pluripotentné bunky sa rozdeľujú na megakaryocytové, erytrocytové a myelocytové rady buniek. Medzi CFC-Mix progenitórnymi bunkami a myeloidnými bunkami sa nachádza ďalší rad progenitórnych buniek sprostredkujúcich spojenie s ich progénmi. Tieto rodovo obmedzené pregenitórne bunky sa klasifikujú na základe progénu, ktorý produkujú. Medzi známymi bezprostrednými predchodcami myeloidných buniek sú:

• Jednotky tvoriace erytroidné skupiny buniek (CFU-E) pre erytrocyty.
• Bunky tvoriace granulocytové/makrofágové skupiny buniek (GM-CFC) pre neutrofily a makrofágy.
• Bunky tvoriace megakaryocytové skupiny buniek (Meg-CFC) pre megakaryocyty.
• Bunky tvoriace eozinofilné skupiny buniek (Eos-CFC) pre eozinofily.
• Bunky tvoriace bazofilné skupiny buniek (Bas-CFC) pre mastocyty.

Proliferácia a vývoj kmeňových buniek a rodovo obmedzených progenitórnych buniek sa môže bezpečne regulovať rozličnými krvotvornými rastovými faktormi alebo cytokínmi, ako sú interleukín-3 (IL-3), GM-CSF, IL-6, IL-11 a erytropoetín (EPO).

Tvorba krvných doštičiek (megakaryocytopoéza)

Krvné doštičky sú rozhodujúcimi prvkami mechanizmu zrážania krvi. Tvorba megakaryocytov zahrnuje niekoľko regulačných faktorov a prebieha v niekoľkých stupňoch: od megakaryoblastov, cez promegakaryocyty až po zrelé megakaryocyty, ktoré uvoľňujú krvné doštičky.

Existujú minimálne tri triedy megakaryocytových progenitórnych buniek: jednotka megakaryocytov spôsobujúcich pučanie (BFU-MK), jednotka megakaryocytov tvoriacich kolónie buniek (CFU-MK) a megakaryocytové progenitórne bunky s nízkou hustotou (LD-CFU-MK).

Medicínske aplikácie a budúcnosť rozmnožovania krvných buniek

Transfúzie krvi a kostnej drene

Transfúzia zabezpečuje základné funkcie krvi pri akútnych alebo chronických krvácaniach dovtedy, kým sa nedoplnia krvné zložky vlastnou krvotvorbou v kostnej dreni. Kostná dreň je sídlom krvotvorby, nachádzajú sa v nej krvotvorné kmeňové bunky, z ktorých sa tvoria všetky bunkové zložky krvi. Dnes sa na transplantáciu krvotvorných kmeňových buniek (kostnej drene) využíva aj pupočníková krv. Perinatálne bunky (z placenty, pupočnej šnúry a pupočníkovej krvi) sú veľmi mladé, nestarnú po zamrazení a nie sú ovplyvnené ochoreniami či životným štýlom, navyše majú dlhé teloméry, ktoré sú kľúčové pre ich dlhšiu životnosť a schopnosť delenia.

Laboratórna kultivácia krvných buniek

Vedci dosiahli významný míľnik: ľudskí pacienti dostali po prvýkrát transfúziu krvných buniek, ktoré boli kultivované z kmeňových buniek v laboratóriu. Táto technika zahŕňa izoláciu krvných kmeňových buniek od darcu, ich umiestnenie do živného roztoku na 18 až 21 dní, čím sa podporí ich množenie a vývoj na zrelšie krvné bunky. Cieľom štúdií je otestovať bezpečnosť transfúzie takto vyrobených krvných buniek a ako dlho vydržia v tele. Dlhodobým cieľom je veľkovýroba červených krviniek v laboratóriách, ktoré by sa dali upraviť tak, aby mali akúkoľvek krvnú skupinu. Dlhodobá životnosť laboratórne kultivovaných buniek by mohla znamenať dlhšie prestávky medzi transfúziami pre ľudí s ochoreniami vyžadujúcimi pravidelné transfúzie.

Tabuľka: Prehľad vývoja krvných buniek a ich funkcie

tags: #rozmnozovanie #krvnych #buniek

Populárne príspevky:

• prečo je diéta ako kvet
• ako správne pestovať asparágus
• Invázny potenciál netýkavky
• Pohrebné služby ADVENT: Púchov
• Správne užívanie prvosienky