Rozmnażanie się komórek odbywa się przez ich podział. Ozna­cza to, iż jedna komórka dzieli się na dwie komórki potomne, które są identyczne ze sobą i z komórką macierzystą. Jedyny sposób, który pozwala komórkom potomnym zachować iden­tyczność, polega na zawartości jednakowej ilości DNA o jed­nakowej budowie. Z tego powodu komórka macierzysta zanim będzie mogła się podzielić, musi podwoić zasób DNA. W ko­mórce przygotowującej się do podziału podwójne spirale DNA zaczynają się „otwierać" i każda z dwóch spirali przyjmuje rolę wzornika (matrycy), na którym odkłada się nowo wytwo­rzony DNA. Pod tym względem każdy chromosom zachowuje się,tak, jakby się składał z dwóch podwójnych spirali, a gdy komórka dzieli się na dwie potomne, to każda z nich zawiera 50% „starego" i 50% „nowego" DNA. I tak się dzieje istotnie, ponieważ 50% DNA powstało w komórce macierzystej z syn­tezy nowego DNA w ciągu ostatniego cyklu komórkowego. Cyklem komórkowym nazywamy czas, który upływa pomię­dzy dwoma kolejnymi podziałami komórki. Niemniej owa re­plikacja DNA oznacza, że DNA pozostaje — przynajmniej pod względem teoretycznym — tak długo niezniszczalny, jak dłu­go odbywają się podziały komórek. Istnieją zatem komórki, w których znajduje się DNA wytworzony przed setkami cy- j kłów komórkowych. Co więcej, ponieważ DNA jest przekazy-j wany z pokolenia na pokolenie podczas zapłodnienia komórki j jajowej przez plemniki, w każdym z nas przechowane są dro­biny DNA, które żyją od wielu pokoleń. Podział komórki jest oczywiście bardzo złożoną reakcją łańcuchową, czy też serią złożonych procesów biochemicznych. Najpierw musi komórka wytworzyć enzymy stanowiące jej] ścisłe narzędzia chemiczne, za pomocą których może rozbić] łańcuchy DNA, a następnie wytworzyć enzymy do syntezy j gromadzenia nowo tworzonego DNA. Dla zobrazowania szyb­kości i wydajności odbywających się procesów przypominamy, że w komórce ssaków w przebiegu podwajania się ilości DNA powstaje w każdej sekundzie 250 000 par zasad podstawowych o wzorze A-T lub G-C. Oprócz syntezy DNA musi komórka wytwarzać dodatkowo wielką ilość RNA oraz protein (i oczywiście enzymy niezbędne do ich wytwarzania), aby zgromadzić wystarczającą dla komórek ilość potrzebnego materiału. Wreszcie musi komór­ka wytworzyć enzymy, aby mógł się odbyć ostatni złożony proces zwany mitozą, w którym następuje podział komórki na dwie komórki potomne. W przebiegu tego procesu chromoso­my gęstnieją tak, iż stają się widoczne pod mikroskopem, na­stępnie zaszeregowują się w środku komórki, a wówczas cie­niutkie włókienka poczynają je rozsuwać od siebie i pociągać ku biegunom komórki, która w tym czasie zaczyna się wy­dłużać. Rozdzielanie chromosomów odbywa się w ten sposób, iż powstają dwa jednakowe zestawy chromosomów, to znaczy, że każdy z nich zawiera 50% starego DNA i 50% nowego o całkowicie jednakowym składzie. Ostatnim etapem w mitozie jest przewężenie i przepołowienie cytoplazmy w środku ko­mórki i w ten sposób dwie nowe, lecz identyczne komórki powstają na miejscu dawnej komórki macierzystej. Populacja komórek: Biorąc początek z jednej komórki — zapłodnionego jaja — powstaje cała seria rozmaitych populacji komórkowych w to­ku rozwoju płodu. Zjawisko to jest rezultatem skojarzenia proliferacji komórek i ich różnicowania. Mianem różnicowa­nia można określić zmianę jakościową właściwości komórki. Przebieg takich zmian reguluje DNA i różne elementy „kodu genetycznego". Są one bądź przytłumione, bądź pohamowywane i może dojść do wyzwalania lub powstrzymywania przeka­zywania informacji i bodźców z określonych części kodu. Bodź­ce do takiego tłumienia lub pohamowywania przekazu są stero­wane odpowiednimi sygnałami, które przekazują sobie nawza­jem komórki. Na przykład, zapłodniona komórka jajowa za­czyna się rozmnażać i po pewnej liczbie kolejnych podziałów komórki — od 1 komórki do 2, 4, 8, 16 itd. — populacja ta osiąga określoną liczbę krytyczną. W tym stadium występuje u pewnej części komórek zjawisko odhamowania, wskutek czego uzyskują one nowe właściwości biochemiczne. Jednakże rozmnażają się one nadal i tworzą inną populację komórek, współistniejącą z poprzednią. W samej istocie cały płodowy rozwój polega na kolejnym tworzeniu się nowych populacji komórkowych. Te populacje tworzą rozmaite tkan­ki i narządy ustroju. W dojrzałym organizmie istnieje więc wiele rozmaitych po­pulacji komórek. Można je uszeregować według kryteriów anatomicznych lub biochemicznych, np. komórki wątrobowe, komórki naskórka lub tkanki łącznej, komórki ślinianek, ko­mórki wytwarzające insulinę, komórki trzustki itd. W narzą­dzie krwiotwórczym — szpiku — istnieje również kilka popu­lacji komórek: prekursory krwinek czerwonych, prekursory krwinek białych, prekursory komórek wytwarzających prze­ciwciała itd. Spoglądając na wszystkie te komórki ze stanowiska ich po­tencjału rozrostowego można podzielić populacje na „podklasy" bez względu na ich anatomiczne umiejscowienie czy bio­chemiczne czynności. A oto kilka najbardziej ważnych typów populacji. Populacje z podziałem zamkniętym. Miano „zamknięty" Oznacza, że do populacji nie przenikają znikąd inne komórki, ani nie opuszczają jej komórki własne. Warto zapamiętać, że po dwudziestu podwojeniach licz­ba komórek wynosi 1000 000 000, które ważą zaledwie 7 g, a po czterdziestu podwojeniach liczba komórek wzrasta 1 000 000 000 000, a ich waga dochodzi już do 1 kg. Dla uzmy­słowienia sobie tego zjawiska w sposób obrazowy posłużymy się przykładem: gdybyśmy mogli znaleźć pojedynczą komórkę ulegającą podziałowi co 12 godzin i gdybyśmy mogli obser­wować ją nieprzerwanie, to po dwudziestu podziałach, czyli po 10 dniach, ujrzelibyśmy gołym okiem drobną plamkę, w cią­gu następnych 5 dni wzrosłaby ona do wielkości małego wino­grona, a po dalszych 5 dniach wzrost guza doszedłby do roz­miarów melona. Powstałaby błędna iluzja, że w ciągu pierw­szych piętnastu dni wzrost guza odbywał się powoli (do wiel­kości małego winogrona), ale przyśpieszył się znacznie w ostatnich pięciu dniach (do rozmiarów melona). W rzeczy­wistości wzrost guza odbywał się z jednakową szybkością i populacja komórek podwajała się co dwanaście godzin. Populacje komórkowe typu przejściowego. Takie popula­cje komórek powstają w wyniku różnicowania. Istotna cecha takich populacji polega na tym, że ich komórki w przebiegu kolejnych podziałów ulegają zmianom. Uwidacznia to najle­piej cykl rozwojowy prekursorów jądrzastej krwinki czerwo­nej, a więc komórek przeznaczonych do wytwarzania dojrza­łych krwinek czerwonych. We wczesnym okresie rozpoczyna się proces różnicowania tych komórek (prawdopodobnie spo­wodowany odhamowaniem genów wskutek ja­kiejś zmiany biochemicznej) i postępuje dalej w dosyć szyb­kim tempie. W przypadku prekursorów krwinek czerwonych proces polega na syntetyzowaniu hemoglobiny. Tempo, w któ­rym odbywa się syntetyzowanie hemoglobiny jest szybsze niż tempo, w którym ulegałaby ona rozcieńczeniu lub pozosta­wała w niezmienionej koncentracji po następnym podziale ko­mórki. Np. po pierwszym cyklu komórkowym koncentracja he­moglobiny wynosiła 14 „jednostek" w każdej komórce. Po podziale komórki potomne będą zawierać po 7 jednostek he­moglobiny. Jednak w ciągu następnego cyklu komórkowego koncentracja hemoglobiny może wzrosnąć trzykrotnie i osią­gnąć liczbę 21 jednostek w każdej komórce tuż przed następnym podziałem. Po tym podziale komórki potomne będą za­wierały po 10,5 jednostek hemoglobiny. W ciągu każdego cy­klu komórkowego koncentracja hemoglobiny w komórce bę­dzie stale wzrastała, aż stanie się tak znaczna, że komórka utraci zdolność do podziału. W tym stadium komórka utraci swoje jądro i zamieni się w zwykłą krwinkę czerwoną, która będzie krążyć we krwi w ciągu 110 dni. Innym przykładem takiej populacji jest naskórek ulegający rogowaceniu. I tutaj pewien składnik, w tym przypadku keratyna, jest wytwarzany w komórce w czasie szybszym od cza­su, w którym nastąpiłoby jego rozcieńczenie podczas normal­nego podziału komórki. Ponieważ całkowicie zrogowaciałe ko­mórki naskórka są stale złuszczane z jego powierzchni, więc odbywa się ustawiczne wytwarzanie nowych różnicujących się komórek naskórka. Populacje komórkowe typu macierzystego. W wieku doj­rzałym znajduje się w organizmie wiele populacji komórko­wych, jak np. komórki wątrobowe, rozmaite komórki gruczo­łowe itp., których podział odbywa się powoli, gdyż nie docho­dzi w tych populacjach do znaczniejszej utraty komórek. Po­nieważ nie istnieje nigdzie ustrój doskonały, więc zdarzają się awarie biochemiczne i zbywające komórki obumierają w każ­dej populacji. Obumieranie odbywa się powoli, lecz nieustan­nie, a owe wolno rozmnażające się populacje zawierają ko­mórki różniące się między sobą pod względem stanu czynno­ściowego: jedne komórki znajdują się w stanie spoczynku, dru­gie — w stanie wzrostu. Trzeba sobie zdawać sprawę, że komórki prawidłowej wą­troby mogą się szybko mnożyć, gdy powstaje ku temu potrze­ba (np. po chirurgicznym wycięciu znacznej części wątroby). Ten zwiększony wzrost, następujący zazwyczaj pod wpływem potrzeb regeneracyjnych, jest regulowany pewnego rodzaju „sprzężeniem zwrotnym" w zależności od wielkości popula­cji. Innymi słowy, istnieje mechanizm, który niejako rozpozna­je, czy populacja komórkowa jest zbyt mała, czy właściwa. W pierwszym wypadku wzrastająca liczba komórek wątroby będzie ulegać podziałowi aż do chwili, gdy populacja osią­gnie prawidłowe rozmiary, po czym tempo podziału staje się ponownie normalne, czyli bardzo powolne. Populacje te są określane jako poplacje typu macierzyste­go, ponieważ zachowują one zwykle swoją macierzystą linię, która dla tkanki stanowi trzon. Komórki wątroby utrzymują swoją własną linię komórek wątroby, podobnie nabłonek gru­czołu piersiowego zachowuje swoją linię komórek gruczoło­wych. W szpiku istnieje również linia komórek macierzystych, która utrzymuje się pomimo różnicowania oraz wiążącego się z nim przenikania niektórych komórek poza ich środowisko. Tak więc szpik stanowi tzw. populację komórkową przejścio­wą, Wyrażano pogląd, że te populacje komórek mają swoisty mechanizm regulowania wielkości populacji. Taka regulacja musi być zależna od zdolności „rozpoznawania" rodzaju ko­mórek, należących do danej populacji. Jeśli mechanizm rozpo­znawczy działa w obrębie populacji komórek wątrobowych, to nie będzie zdolny uchwycić różnic zachodzących w wielkości populacji komórek szpiku. Podobnie mechanizm regulujący rozmiar populacji szpiku nie zdoła rozpoznać, czy lici komórek wątrobowych jest prawidłowa, czy zmniejszona. Oto dlaczego swoisty dla danej populacji mechanizm, kontrolujący jej wielkość, nie będzie mógł działać, jeżeli komór; ki macierzystej populacji szpiku ulegną procesowi, który zamienił istotnie tożsamość komórki. Wówczas wspomniany mechanizm może nie reagować nawet na bodźce wywołujące prot różnicowania, ponieważ zależą one również od swoistości, własnego „ja" populacji komórkowej (np. czynnik zwany erytropoetyną może pobudzić do różnicowania określoną populację komórkową wrażliwą na jego działanie, ale nie będzie działał w żadnej innej populacji). Utrata lub zmiana owej swoistości populacji komórkowej typu macierzystego prowadzi do jej rozrostu, który już nie jest kontrolowany za pomocą swoistego mechanizmu sprzężeni! zwrotnego, a prawdopodobnie prowadzi również do utraty zdolności do różnicowania się i przeistaczania w prawidłowe użyteczne dla ustroju komórki czyli — innymi słowy — daj4 początek powstawaniu nowotworu złośliwego. Populacje komórek nowotworowych. Porównanie rozplemu komórek nowotworowych z rozplemem komórek tkanki prawidłowej ukazuje, że jedyna różnica polega na tym, że tej ostatnie podlegają mechanizmom regulującym. Dotyczy to za4 równo „wbudowanego" w komórki „samobójczego" procesu! różnicowania, jaki istnieje w populacjach przejściowych, jak] i swoistego mechanizmu sprzężenia zwrotnego działającego w populacjach typu macierzystego. Poza tym wszelkie pozostałe procesy wzrostu i podziału komórek przebiegają prawie1 prawidłowo w nowotworach złośliwych. Wyraz „prawie" wskazuje, że istnieją wprawdzie drobne, niemniej jednak bardzo ważne odchylenia od prawidłowego! przebiegu. Jedna z tych różnic polega na tym, że w wyniku pewnych zaburzeń w procesie podziału komórek nowotworowych do* chodzi w nich do powstania licznych zboczeń biochemicznych^ Najbardziej widoczne są anomalie chromosomalne, które moż­na stwierdzić w obrazie mikroskopowym. Wyrażają się one bądź nieprawidłową liczbą chromosomów — jest ich mniej lub więcej niż 46 — bądź w poważniejszych odchyleniach po­wstaje nie tylko znacznie większa liczba chromosomów, ale mają one nieprawidłowy kształt. Wspomnieliśmy już, że DNA chromosomów zawiera w sobie i przekazuje wszystkie informacje — zlecenia genetyczne — które pozwalają komórkom zachować swe biochemiczne wła­ściwości. Jeśli w następstwie zboczeń biochemicznych nastę­puje nierównomierny rozdział DNA pomiędzy 2 komórki po­tomne, przy czym w jednej nagromadził się w nadmiarze ma­teriał chromosomalny, a w drugiej powstał niedobór, to takie komórki stają się „niezrównoważone". Wiele niezrównoważo­nych komórek ma skrócony czas życia. Niezmiernie liczne i złożone procesy biochemiczne zachodzące w komórce muszą być bardzo dokładnie zrównoważone, aby komórka mogła żyć długo. Nawet drobne odchylenie od tej równowagi wystarcza do uruchomienia błędnego koła zaburzeń metabolicznych pro­wadzących do obumierania komórek. Gdy 30% komórek obumiera w cią­gu jednego cyklu komórkowego, to do osiągnięcia liczby 1000 ko­mórek populacja będzie potrzebowała 20 cykli komórkowych, a przy 50% przygodnym obumieraniu komórek populacja nie powiększa wcale swej objętości. Jednym ze skutków obecności „niezrównoważonych'' komórek w populacji komórek nowotworowych jest to, że braku regulacji wzrostu i mimo powiększania się guza, wzrost odbywa się wolniej niż należałoby oczekiwać, a to z obumierania pewnej liczby komórek. Innymi słowy, w miarę kolejnych podziałów komórek powstają w nich nowe „będy'' i „wady", wobec czego wiele z nich obumiera. Ustawiczne obumieranie komórek stanowi cechę charakterystyczną wszystkich nowotworów. Przyczynia się ono do mniejszego tempa wzrostu komórek w porównaniu ze wzrost któremu nie towarzyszy „przygodna śmierć komórek". Należy sobie zdać sprawę, że gdyby komórka nowotwoi ulegała podziałowi 1 raz na dobę (w jakimś szczególnym wotworze), to masa nowotworu powiększyłaby się tysiąc' nie w ciągu dziesięciu dni. Panuje powszechnie pogląd, że „rak rośnie prędzej aniżeli normalne tkanki". Jest to złudzenie. Większość nowotworów rośnie wolniej niż mogłaby rosnąć tkanka prawidłowa. I jednakże tkanki normalne nie rosną, bowiem utrzymują stałą Iiczbę swych komórek. W wielu tkankach prawidłowych I taki jest uzyskiwany bez znaczniejszej proliferacji, ponieważ utrata komórek jest niewielka (np. wątroba). W innych tli kach taką stałość osiąga się utrzymując szybkie tempo podziału komórek, zrównoważonego jednoczesnym szybkim temp? ich utraty (np. szpik). Jednakże ani wątroba, ani szpik nie rosną w ustroju osobników dorosłych. Obydwa narządy są utrzymywane w stanie stabilizacji. Natomiast, jeśli powstaje „zapotrzebowanie" "rozrost wątroby, na przykład po chirurgicznym wycięciu ! części, lub na rozrost szpiku po jakimkolwiek toksycznym uszkodzeniu, wtedy obydwa narządy mogą wzrosnąć ponów: do prawidłowej wielkości populacji swych komórek i ucz to prędzej niż mogłaby to osiągnąć jakakolwiek tkanka nowotworowa. Nie ma jednak potrzeby, aby rak rósł szybko. W starczy, że nie jest on utrzymywany w stanie stabilizacji isię z tego powodu powiększa. Każdy, nawet powolny, wzrost będzie „przerastać" ustabilizowany stan każdej normalnej populacji komórek. Dla zobrazowania takiej sytuacji przyjrzyjmy się krzywej wzrostu populacji komórek białaczkowych, opartej na teore­tycznych założeniach. Załóżmy więc, że komórki białaczkowe podwajały swą liczbę raz na tydzień. W takim przypadku mu­si upłynąć 30 tygodni, zanim waga szpiku powiększy się o 1 g (czyli około 1 000 000 000 komórek). Komórki białaczkowe nie są jednak zebrane w osobną grudkę, lecz rozsiane w całym szpiku, który zawiera około 1 kg komórek (więcej niż milion milionów komórek). Populacja komórek białaczkowych sta­nowi więc jedynie 1/1000 część całej populacji normalnych ko­mórek szpiku i nie można jej nawet wykryć. Po dalszych dzie­sięciu cyklach podwojenia komórek białaczkowych ich popu­lacja wzrośnie do wagi 1 kg. Można je wtedy łatwo wykryć, lecz jeśli chory nie będzie niezwłocznie leczony, to ta liczba komórek go zabije. Innymi słowy, w okresie, w którym moż­na rozpoznać białaczkę, jej komórki odbyły już 35 cykli po­dwajania swej liczby i jeśli populacja będzie nadal się po­dwajać 5 do 7 razy, to zabije ona chorego. Obecnie nie może- my się jeszcze spodziewać zniszczenia wszystkich komór białaczkowych w ustroju chorego, usiłujemy więc nowoczesnymi sposobami leczenia utrzymać ich liczbę na tak niskim poziomie, aby szpik był zdolny pełnić swe normalne czynności. W przyszłości będziemy oczywiście rozwijać postępowanie lecznicze, które pozwoli usuwać z ustroju wszystkie morki białaczkowe.