matične stanice, stanice s visokom sposobnošću samoobnavljanja koje se mogu diferencirati (diferencijacija) u više od 200 tipova ili razvojnih stadija stanica u odraslom ljudskom organizmu. Imaju ulogu u obnavljanju i popravljanju oštećenih tkiva, jer zbog svoje mogućnosti neograničene diobe mogu nadomjestiti druge stanice u tijelu i regenerirati oštećeno tkivo. Matične stanice miruju do pojave aktivacijskih signala, nakon kojih se dijele asimetrično ili simetrično. Simetričnom diobom nastaju dvije matične stanice, a asimetričnom progenitorska stanica i matična stanica. Na taj se način zadržava određeni broj matičnih stanica, a progenitorske stanice započinju proces diferencijacije u funkcionalno zrele stanice pojedinih tkiva i organa, dijele se ograničeni broj puta, a potom umiru.
Podjela matičnih stanica
Matične stanice prisutne su u gotovo svim ljudskim tkivima i organima iako su prvotno nađene u krvotvornom tkivu. U sisavaca se prema podrijetlu dijele na embrijske matične stanice (engl. embryonic stem cells, ESC), koje potječu iz unutrašnjosti blastociste zametka (embrija), i na tkivne ili somatske matične stanice (engl. adult stem cells, ASC), koje se nalaze u odgovarajućem razvijenom tkivu fetusa, djeteta ili odraslog organizma među drugim diferenciranim stanicama (krvotvorne matične stanice, mezenhimske matične stanice, matične stanice u crijevu, jetri, kosti i hrskavici, epidermi, mozgu, srcu, itd.). Inducirane pluripotentne matične stanice (engl. induced pluripotent stem cells, iPSC) dobivene iz somatskih stanica također se ubrajaju u matične stanice.
Prema diferencijacijskom potencijalu, mogu se podijeliti na totipotentne (posjeduju sposobnost stvaranja svih stanica embrija, kao i okolnog tkiva, npr. posteljice), pluripotentne (stvaraju stanice tkiva embrija, uključujući stanice zametnoga epitela, pa tako i bilo koje stanice tkiva i organa), multipotentne (stvaraju stanice isključivo jednoga zametnog listića, npr. multipotentna stanica mezodermalnoga krvnog tkiva stvara isključivo krvne stanice) te unipotentne matične stanice iz kojih nastaje samo jedan tip stanica (npr. germinativne matične stanice stvaraju stanice koje sazrijevaju u spermije ili jajnu stanicu).
Otkriće matičnih stanica
Njemački znanstvenik Ernst Haeckel u zbirci predavanja Prirodna priča o stvaranju (Natürliche Schöpfungsgeschichte, 1868) opisao je stanice koje se mogu dijeliti i istodobno proizvesti diferencirane vrste stanica te ih je nazvao matičnim stanicama (njem. Stammzelle). Pojam su dalje rabili i dodatno opisali August Weismann u djelu Teorija kontinuiteta zametne plazme kao osnova teorije nasljeđivanja (Die Continuität des Keimplasmas als Grundlage einer Theorie der Vererbung, 1885) te Theodor Boveri i Valentin Häcker (1892).
Prva istraživanja somatskih matičnih stanica sisavaca započela su prije sedam desetljeća. Znanstvenici su 1950-ih otkrili da koštana srž sadržava nekoliko vrsta matičnih stanica. Američki liječnik Edward Donnall Thomas otkrio je da su krvotvorne (hematopoetske) matične stanice iz koštane srži zaslužne za formiranje svih tipova krvnih stanica u tijelu (1957). Mezenhimske matične stanice iz koštane srži, koje se mogu diferencirati u stanice kosti i hrskavice, otkrio je Alexander Friedenstein (1966) nazvavši ih fibroblastima koji stvaraju kolonije (engl. colony-forming unit fibroblasts, CFU-Fs).
Metode dobivanja, uzgoja i održavanja embrijskih matičnih stanica iz mišjih embrija (engl. mouse embryonic stem cells, mESC) uspostavili su 1981. Martin Evans i Matthew Kaufman. Matične stanice iz ljudskih embrija (engl. human embryonic stem cells, hESC) prvi su put izolirane 1998; njihove stanične kulture zahtijevaju posebne uvjete uzgoja u laboratoriju kako bi došlo do pravodobne diferencijacije. Razvijene su metode uvođenja ciljane promjene gena u embrijskim matičnim stanicama miševa, koje su omogućile stvaranje tzv. knock-out miševa, tj. laboratorijskih miševa kojima je inaktiviran specifičan gen radi istraživanja određene bolesti. Za ta su postignuća Renato Capecchi, Martin Evans i Oliver Smithies dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu (2007).
Primjena matičnih stanica
Svojstvo pretvaranja u različite tipove stanica omogućuje uporabu matičnih stanica za liječenje oštećenja obnavljanjem s pomoću stanica. Vlastite matične stanice i one od drugih (neidentičnih) davatelja rabe se kao presadci. U svrhu liječenja hematoloških bolesti rabe se krvotvorne matične stanice koje se ubrajaju u multipotentne matične stanice odrasloga tkiva. Tako se bolesna koštana srž zamjenjuje zdravim krvotvornim matičnim stanicama, koje potom preuzimaju ulogu stvaranja krvnih stanica – eritrocita, trombocita i leukocita. Tri su izvora krvotvornih matičnih stanica u ljudskom organizmu: koštana srž, krv iz pupkovine, te matične stanice periferne krvi. Prva klinička primjena, odnosno terapija matičnim stanicama, zabilježena je u području transplantacije. E. D. Thomas je 1956. pacijentu oboljelom od leukemije uspješno presadio koštanu srž njegova brata blizanca, za što je s Josephom Murrayem dobio Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu (1990). Prvu uspješnu alotransplantaciju koštane srži (među pacijentima koji nisu u srodstvu) proveo je 1958. francuski onkolog Georges Mathé spašavajući život fizičarima izloženima radioaktivnom zračenju nakon nuklearnoga incidenta u Institutu za nuklearne nauke »Boris Kidrič« u Vinči (danas Institut za nuklearne nauke »Vinča«).
Netom nakon otkrića matičnih stanica iz ljudskih embrija, započela su istraživanja njihove moguće primjene u regenerativnoj medicini. Ako se embrijske matične stanice transplantiraju izravno u organizam, bez indukcije diferencijacije, one se kaotično diferenciraju i tvore teratome. Kako bi se mogle rabiti za uspješnu transplantaciju, potrebno ih je potaknuti na diferencijaciju te ih pročistiti od nediferenciranih stanica. Embrijske matične stanice mogu stvarati različita tkiva pretvorbom u sve vrste za to potrebnih stanica. Izdvajaju se iz zametka (tj. vijabilnoga predimplantacijskog embrija proizvedenoga oplodnjom in vitro) u stadiju blastociste, kada je on star pet do sedam dana i sastoji se od 60 do 100 stanica. Kako zametak pritom propada, postupak je predmet etičkih i moralnih pitanja. Somatske matične stanice popravljaju oštećenja u tkivima, zamjenjujući uništene stanice, ali im je mogućnost pretvaranja u druge tipove stanica ograničena samo na stanice onih tkiva iz kojih potječu.
Velikim se uspjehom smatra dobivanje induciranih pluripotentnih matičnih stanica izravno iz odraslih somatskih stanica uporabom tehnika genetičkoga inženjerstva (2006), čime se zaobilazi kontroverzna primjena zametaka; terapija takvim stanicama još nije u kliničkoj primjeni. Genetičkim reprogramiranjem (reverzija diferencijacijskoga stanja zrele stanice u stanje karakteristično za embrijske nediferencirane stanice, unošenjem gena ili proteina ključnih u održavanju pluripotentnosti) navedene stanice poprimaju svojstva embrijskih stanica, no nisu im u potpunosti jednake. Za otkriće induciranih pluripotentnih matičnih stanica zaslužan je japanski znanstvenik Shinya Yamanaka, koji je genetički reprogramirao odrasle stanice miša (fibroblaste) u stadij nalik embrijskim matičnim stanicama, za što mu je, zajedno s Johnom Gurdonom, dodijeljena Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu (2012).
Biološke banke (biobanke) organizirane su zbirke pohranjenih bioloških uzoraka, npr. humane DNA, tkiva i stanica; EuroBioBank (EBB) europska je mreža bioloških banaka (osnovana 2001). Specijalizirane biobanke su banke krvi iz pupkovine, u koje roditelji tek rođenoga djeteta mogu pohraniti djetetovu pupčanu krv (npr. javna Banka krvi iz pupkovine za osobne potrebe djeluje od 2008. pri KBC-u Zagreb). Darivanje krvi iz pupkovine u javnu banku omogućava korištenje vlastitih matičnih stanica u slučaju potrebe, a drugim bolesnicima omogućava pronalaženje podudarnoga darivatelja i liječenje transplantacijom.
