Co to są czynniki stymulujące kolonię?

By Dr. Liji Thomas, MDReviewed by Afsaneh Khetrapal, BSc

Colony-stimulating factors (CSF) to intrygujące cząsteczki, które są glikoproteinami kontrolującymi produkcję, a nawet niektóre funkcje granulocytów i makrofagów, komórek odpornościowych, które są głównie odpowiedzialne za ochronę organizmu przed infekcjami. Choć ich obecność podejrzewano już na początku XX wieku, dopiero w 1965 roku badacze zaobserwowali wzrost białych krwinek w koloniach wywodzących się z jednej komórki każda, zwanych komórkami prekursorowymi lub progenitorowymi.

Credit: molekuul_be/ .com

Kolonie składały się z rosnących granulocytów. Ich wzrost był wprost proporcjonalny do obecności pewnego czynnika, zwanego wówczas czynnikiem stymulującym kolonie, czyli CSF. Dziś wiadomo, że czynniki te mają ogromne znaczenie w leczeniu niskiego poziomu białych krwinek po chemioterapii u chorych na raka.

Typy CSF

Istnieją cztery odrębne CSF, które mają odrębne sposoby działania i występują w niewielkich ilościach w tkankach. Nazywane są one:

• GM-CSF lub CSF2, który stymuluje proliferację granulocytów, makrofagów, a także eozynofili, jak również megakariocytów, komórek progenitorowych płytek krwi, w dużych dawkach
• M-CSF lub CSF1, który stymuluje tworzenie kolonii makrofagów
• G-CSF lub CSF3, który powoduje tworzenie kolonii granulocytów, ale także kolonii granulocytowo-makrofagowych w mniejszym stopniu
• Multi-CSF lub IL-3, która stymuluje tworzenie kolonii dla szerokiego spektrum komórek krwi

Historia ekstrakcji CSF

Pierwszymi, które zostały oczyszczone były GM-CSF i M-CSF w 1977r, a następnie IL-3 i G-CSF, pochodzące od szczurów. Wkrótce potem oczyszczono ludzkie CSF przy użyciu ludzkich linii komórek nowotworowych. Jeszcze później, dzięki technikom biologii molekularnej, w ciągu kilku lat od 1984 do 1986 roku udało się wyprodukować sklonowane cDNA dla wszystkich czterech cząsteczek. Są one produkowane w bardzo niewielkich ilościach, z wyjątkiem obecności infekcji, endotoksyn lub innych obcych antygenów, kiedy ich poziom wzrasta tysiąckrotnie w ciągu kilku godzin.

Wyjątkiem jest M-CSF, który jest bardziej stabilny. Ogólnie rzecz biorąc, CSFs są bardzo wrażliwe na bodźce zewnętrzne i zdolne do regulowania tempa proliferacji komórek krwi. Działają one na specyficzne receptory obecne na granulocytach i komórkach monocytowo-makrofagowych, stymulując je do dojrzewania z komórek progenitorowych do dojrzałych komórek. Powoduje to, że opuszczają one strumień krwi i dostają się do komórek poprzez wiązanie się z receptorami, po czym są rozkładane.

Działanie

Płyn mózgowo-rdzeniowy jest niezbędny do tego, aby wszystkie komórki krwi z serii granulocytów i monocytów mogły się dzielić, zarówno komórki progenitorowe, jak i ich komórki potomne. Krzywa w kształcie litery S odzwierciedla sposób, w jaki te komórki reagują na CSF, z krótszymi cyklami komórkowymi prowadzącymi do szybszych podziałów komórkowych.

Znowu powodują one zwiększoną proliferację przy każdym nowym zakręcie koła reprodukcyjnego i zapobiegają apoptozie (programowanej śmierci komórki). Tak więc, są one również niezbędne do przeżycia komórek krwiotwórczych. Każdy CSF działa przede wszystkim na określone populacje komórek, np. G-CSF działa w celu wytworzenia 75% granulocytów w normalnych warunkach.

Z drugiej strony, GM-CSF działa w celu promowania funkcji dojrzałych komórek, a nie ich tworzenia per se.

M-CSF jest wymagany zarówno do tworzenia, jak i dojrzewania makrofagów, ale także do wyrzynania się zębów i udanej ciąży.

IL-3 jest zaangażowany w odpowiedzi na pasożyty z udziałem komórek tucznych i bazofilów, w postaci reakcji nadwrażliwości typu IV.

Wszystkie z nich działają również harmonijnie, regulując tworzenie krwi zarówno w zdrowiu, jak i w chorobie, promując lub hamując działania każdego z nich w celu wytworzenia odpowiedniej mieszanki komórek i funkcji.

CSF promują również szybsze dojrzewanie i lepsze przeżycie, jak również wyższe stopnie funkcji dojrzałych komórek. Wraz z czynnikiem komórek macierzystych, CSFs mogą promować podział najwcześniejszych komórek krwiotwórczych. Są one również zdolne do wywoływania dojrzewania w białaczkowych liniach komórkowych i mogą decydować o tym, w którą stronę dojrzewają prekursory komórek krwi, do serii granulocytów czy makrofagów, na podstawie zdarzeń obserwowanych w laboratorium. Mogą one również promować funkcje komórkowe w dojrzałych komórkach, w tym chemotaksję, zdarzenia oksydacyjne związane z metabolizmem komórkowym, fagocytozę zależną od przeciwciał i zabijanie drobnoustrojów.

Wcześniejsze badania wykazały, że wcześniejsze podawanie płynu mózgowo-rdzeniowego może wzmocnić odporność u pacjentów poddawanych chemioterapii, jeżeli podawany jest przed narażeniem na infekcje. Jednakże, nadmiernie wysokie poziomy tych cząsteczek spowodowały poważne i zagrażające życiu zapalenie wielu organów, w tym płuc, mięśni i jelit, świąd skóry oporny na leczenie i paraliż z szybką śmiertelnością, w eksperymentach na myszach z użyciem różnych płynów mózgowo-rdzeniowych.

Odkrycie, że GM-CSF i IL-3 są niezbędne do podziału i przetrwania komórek białaczkowych, a nawet mogą działać jako onkogeny do przekształcania komórek krwi w komórki białaczkowe, może oznaczać, że podział komórkowy musi być niezrównoważony, aby sprzyjać nadmiernemu i autonomicznemu tworzeniu jednej serii komórek krwiotwórczych, wraz z jej zdobyciem mocy stymulowania własnego wzrostu przez wydzielanie tych CSF.

Zastosowanie

• G-CSF i GM-CSF były stosowane w celu zwiększenia poziomu granulocytów we krwi obwodowej u pacjentów z nowotworami w trakcie chemioterapii, z wyraźną odpowiedzią zależną od dawki, a więc zapobiegają spadkowi liczby neutrofilów z gorączką po chemioterapii. Wiąże się to z większym ryzykiem infekcji do 60%, co nie tylko wymaga intensywnego leczenia, ale może opóźnić chemioterapię lub spowodować konieczność stosowania niższych dawek. To z kolei poprawia przeżycie pacjentów.
• G-CSF jest stosowany w chłoniakach nieziarniczych i raku piersi (wczesne stadium). Ich stosowanie wiąże się z prawie 50% zmniejszeniem liczby neutropenii z gorączką i zgonów z powodu zakażeń, a przeżycie poprawia się o 40%.
• Nowo zatwierdzonym lekiem jest G-CSF sprzężony z glikolem polietylenowym (PEG), zwany także pegylowanym G-CSF lub pegfilgrastimem. Jest on dłużej zatrzymywany w organizmie i dzięki temu może drastycznie zmniejszyć liczbę wstrzyknięć koniecznych do kontynuowania normalnego schematu chemioterapii, zwłaszcza u starszych i słabszych pacjentów. Wiele głównych profesjonalnych instytucji onkologicznych zaleca obecnie stosowanie tych czynników w celu zapobiegania powikłaniom infekcyjnym spowodowanym neutropenią, jeżeli u biorcy chemioterapii występuje 20% lub więcej ryzyko neutropenii gorączkowej lub inne czynniki ryzyka takich powikłań.
• CSF mogą zapobiegać konieczności przeszczepienia szpiku kostnego w niedokrwistości aplastycznej wywołanej chemioterapią. Stosowanie GM-CSF lub G-CSF może zwiększyć liczbę komórek macierzystych krwi obwodowej (PBSC), które mogą być następnie wykorzystane do ponownego napełnienia krwi neutrofilami i płytkami krwi, znacznie szybciej niż w przypadku przeszczepu szpiku kostnego z wykorzystaniem komórek szpiku kostnego i porównywalnie do stosowania przeszczepów szpiku kostnego z CSF. Przeszczepianie PBSC stymulowane CSF jest obecnie preferowaną technologią, zwłaszcza od czasu udowodnienia bezpieczeństwa CSF u normalnych dawców, ze względu na jej względną prostotę, wysoką skuteczność i zakres zastosowania.
• CSF mogą być stosowane do zapobiegania infekcjom przez lata w takich stanach jak przewlekła neutropenia.
• GM-CSF może również pomóc w poprawie odporności poprzez regulację rozwoju komórek dendrytycznych. Komórki te są istotną częścią odporności wrodzonej, ponieważ przedstawiają wychwycone i przetworzone antygeny dla przeciwciał i komórkowych odpowiedzi immunologicznych.
• Użycie tych CSF do stymulowania lokalnej odporności w obrębie guza i w ten sposób zmniejszania lub usuwania go jest obecnie badane.
• Ostatnim obszarem zainteresowania jest użycie CSF do pomocy w przywróceniu normalnej funkcji szpiku kostnego u ofiar przypadkowego narażenia na promieniowanie.

Dalsza lektura

• Wszystkie treści dotyczące czynników stymulujących kolonie

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr Liji Thomas jest lekarzem położnikiem, który ukończył studia na Government Medical College, University of Calicut, Kerala, w 2001 roku. Liji praktykowała jako pełnoetatowy konsultant w dziedzinie położnictwa/ginekologii w prywatnym szpitalu przez kilka lat po ukończeniu studiów. Doradzała setkom pacjentek borykających się z problemami związanymi z ciążą i niepłodnością, a także była odpowiedzialna za ponad 2000 porodów, dążąc zawsze do osiągnięcia normalnego porodu, a nie operacyjnego.

Ostatnia aktualizacja Jun 28, 2019

Cytaty

Proszę użyć jednego z następujących formatów, aby zacytować ten artykuł w swoim eseju, pracy lub raporcie:

• APA

  Thomas, Liji. (2019, June 28). Czym są czynniki stymulujące kolonię? Wiadomości-Medyczne. Retrieved on March 24, 2021 from https://www.news-medical.net/health/What-are-colony-stimulating-factors.aspx.

• MLA

  Thomas, Liji. „Co to są czynniki stymulujące kolonie?”. News-Medical. 24 marca 2021. <https://www.news-medical.net/health/What-are-colony-stimulating-factors.aspx>.

• Chicago

  Thomas, Liji. „Czym są czynniki stymulujące kolonię?”. News-Medical. https://www.news-medical.net/health/What-are-colony-stimulating-factors.aspx. (dostęp 24 marca 2021).

• Harvard

  Thomas, Liji. 2019. Co to są czynniki stymulujące kolonię? Wiadomości-Medyczne, przeglądane 24 marca 2021, https://www.news-medical.net/health/What-are-colony-stimulating-factors.aspx.

.