Kudoskantasolut

Useimmat aikuisenkin kudokset pystyvät uusiutumaan niissä sijaitsevien kudoskantasolujen ansiosta. Kantasolujen aktiivisuus ja uusiutumisen tahti vaihtelee kuitenkin kudosten välillä hyvin paljon. Esimerkiksi suolen sisäpinta uusiutuu täysin noin joka viides päivä, kun kantasolut jakaantuvat ja tuottavat uusia soluja vanhojen tilalle. Toisaalta esimerkiksi aikuisen aivojen uusiutuminen on erittäin vähäistä.  

Kudoksissa sijaitsevat kantasolut uudistavat kudosta jakaantumalla ja erilaistumalla kudoksen toiminnallisiksi soluiksi. Esimerkkejä kudoskantasoluista ovat luuytimen kantasolut, jotka muodostavat veren puna- ja valkosoluja sekä verihiutaleita tai suolen kantasolut, jotka erilaistuvat sekä ruoka-aineita imeviksi soluiksi että limaa ja hormoneita erittäviksi soluiksi.

Kudoksesta riippuen sen uusiutumisesta vastaavat joko useiksi erilaisiksi toiminnallisiksi soluiksi erilaistuvat monikykyiset, multipotentit, kantasolut, tai ehkä jopa vain yhden solutyypin tuottamiseen erikoistuneet unipotentit eli yksikykyiset kantasolut. Yksilön kehityksen aikana kudokset muodostuvat useista alkion solutyypeistä, ja lopulta jokaisen aikuisen kudoksen ylläpitoon osallistuu itseasiassa joukko erilaisia kantasoluja huolehtien sekä kudoksen toiminnasta että esimerkiksi sen verenkierrosta ja tukirakenteista.

Kudoskantasolujen tehtävä on ylläpitää kehityksen aikana muodostetun kudoksen toimintaa huolimatta monenlaisista haasteista. Korvatakseen kudoksen normaalin toiminnan vaurioittamat ja kuolleet solut uusilla, jotkin kudoskantasolut tuottavat toiminnallisia soluja tietyllä, melko tasaisella tahdilla. Näin toimivat esimerkiksi suolen ja veren kantasolut. Sen sijaan lihaksen kantasolut ovat pääsääntöisesti uinuvia (engl. quiescent) ja aktivoituvat tuottamaan uusia lihassoluja vain saatuaan viestin lihakseen syntyneestä vauriosta.

Kudoskantasolut ovat riippuvaisia niistä ympäröivistä tekijöistä ja naapurisoluista, ja toimivat kudoksessa aina yhteistyössä kantasolulokeron (engl. Niche) kanssa. Esimerkiksi ohutsuolen kantasolut, jotka sijaitsevat epiteelin syvennyksissä ja uusivat kaikki ohutsuolen epiteelin solut noin kerran viikossa, ovat riippuvaisia muiden solujen kuten kantasolulokeron tukisolujen ja strooman solujen sekä soluväliaineen viesteistä.

Kantasolut saavat kantasolulokeron erilaistuneilta soluilta viestejä, jotka ohjaavat esimerkiksi kantasolujen jakautumista ja erilaistumista. Lisäksi kantasolulokero tarjoaa kantasoluille suojaa ja ravinteita. Monet kudoskantasolut tuottavat toimintaan erilaistuneiden solujen lisäksi itselleen uusia kantasolulokeron tukisoluja, joten ne pystyvät käytännössä rakentamaan uutta kudosta. Tämän itseorganisaatiokyvyn ansiosta kudoskantasolut voivat itsenäisesti tuottaa pieniä minikudoksia, niin sanottuja organoideja, jotka tarjoavat työkalun kudoksien uusiutumisen tutkimiseen ja mahdollisesti tulevaisuudessa kudosten rakentamiseen laboratoriossa.

Joskus kudos vaurioituu vaikkapa onnettomuuden seurauksena. Esimerkiksi ihon haavat tukitaan ensin kantasoluista riippumatta verenhukan estämiseksi, mutta lopulta ihon kantasolut korjaavat itse kudoksen mahdollisuuksiensa rajoissa. Ihmisellä kudosten korjautuminen ja tuhoutuneiden osien uudelleen tuottaminen on kuitenkin yksilönkehityksen jälkeen varsin rajallista. Sen sijaan esimerkiksi salamanterit pystyvät tuottamaan jopa uusia raajoja leikattujen tilalle. Ero johtuu siitä, että salamanterin uusiutumisesta eivät vastaa ainoastaan kudoksesta löytyvät kantasolut, vaan myös muut, jo kerran erilaistuneet solut voivat sekä palautua kantasolun kaltaisiksi, että käynnistää kehityksen aikaisia soluohjelmia uudelleen. Ihmisellä tällainen käänteinen erilaistuminen (engl. dedifferentiation) on vähäisempää, ja niinpä useimmista vaurioista jää jälkiä, vaikka kudoksen toiminta saataisiinkin palautettua.

Erilaistuneiden solujen kyky palata kantasoluiksi haastaa pitkään vallalla olleen ajatuksen kudoksissa vallitsevasta selkeästä ja yksisuuntaisesta soluhierarkiasta. Aktiivisesti jakautuvassa kantasolujoukossa kantasolulokeron kontakteista kilpailevat yksittäiset kantasolut voivat menettää paikkansa ja päätyvät näin erilaistumaan. Toisaalta, jos osa kantasolujoukosta kuolee esimerkiksi taudinaiheuttajan vuoksi, jotkin erilaistumassa olevat solut voivat muuttua takaisin kantasoluiksi. Tätä kutsutaan myös solujen plastisuudeksi eli muovautuvuudeksi. Täysin uutta elintä tai raajaa ihmisen keho ei pysty kuitenkaan tuottamaan.

Kudokset myös kohtaavat paljon muutoksia, jotka voivat johtua muiden kudosten toiminnasta tai vaikkapa muuttuneesta ravinnosta. Kudokset sopeutuvat muutoksiin kantasolujen muuttuneen toiminnan kautta ja tällainen kudoksen muovautuminen saattaa kestää päiviä tai jopa vuosia. Ajan myötä kudoskantasolut kuitenkin menettävät kykynsä uudistaa ja muovata kudosta. Kun vaurioituneita soluja ei enää korvata uusilla tarpeeksi nopeasti, alkaa kudoksen toiminta heiketä ja se altistuu sairauksille. Kudoskantasolujen toiminnan heikkeneminen onkin vanhenemisen kannalta kriittinen tekijä.