Komórki macierzyste są powodem ekscytacji pacjentów cierpiących na choroby spowodowane obumieraniem komórek organizmu - jak w chorobie Huntingtona. Ale diabeł tkwi w szczegółach i faktyczne wykorzystanie tych potężnych komórek do pomocy pacjentom HD to złożony problem. Dwa nowe badania uczyniły z komórek macierzystych narzędzie dla naukowców i udowadniają, że można - w komórkach w probówce - skorygować mutację powodującą HD.

Komórki macierzyste - przypomnienie

Wszyscy zaczynaliśmy jako pojedyncza zapłodniona komórka jajowa, która dzieląc się wielokrotnie, stworzyła około 50 bilionów komórek dorosłego człowieka. Każda komórka ma swoje właściwości - komórki mięśniowe działają zupełnie inaczej niż komórki skóry, i tak dalej. Specjalne właściwości każdego typu komórek określają funkcje, jakie komórka może realizować.

Przez wiele lat naukowcy uważali, że tylko bardzo specjalny rodzaj komórek - tzw. komórki macierzyste - był zdolny do podziału i przekształcania się na różne typy komórek ciała. Najbardziej oczywistym źródłem tych komórek były embriony we wczesnym etapie rozwoju. Chociaż ‘embrionalne komórki macierzyste’ były niezwykle wszechstronne - pozwalały przecież naukowcom hodować w laboratorium nowe komórki, na przykład komórki mózgu - to ich stosowanie było trudne etycznie i prawnie, ponieważ wymagało niszczenia zarodków.

W 2006 roku, kiedy Shinya Yamanaka odkrył możliwość 'przeprogramowania’ dowolnej dorosłej komórki na komórkę macierzystą, zmieniło się wszystko, co wiemy o komórkach macierzystych. Nagle, nie było konieczności niszczenia embrionów w celu tworzenia komórek macierzystych - mogliśmy po prostu wziąć małą próbkę skóry i przeprogramować komórki występujące w skórze na komórki macierzyste. Naukowcy stali się całkiem dobrzy w hodowaniu neuronów, komórek mięśniowych i innych krytycznych rodzajów komórek, uszkadzanych w różnych chorobach.

Przeprogramowane komórki nazywane są indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi, czyli komórkami iPS.

Nasz poprzedni artykuł na ten temat to przegląd emocji i trudności związanych z badaniami komórek macierzystych w chorobie Huntingtona.

Komórki macierzyste od pacjentów HD

W artykule opublikowanym właśnie w piśmie o nieco dziwacznej nazwie ‘Cell Stem Cell’ (z ang.: cel - komórka, stem cel - komórka macierzysta, przyp. tłum.), grupa naukowców stworzyła i przebadała zestaw indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych od pacjentów z HD. Badacze byli ciekawi, czy komórki macierzyste od pacjentów HD będą zachowywać się inaczej od tych, uzyskanych od osób, które nie mają mutacji.

Naukowcy obserwowali zachowanie komórek w laboratorium. Kilkadziesiąt lat pracy sugerowało, że komórki od pacjentów HD są anormalne, ale ponieważ komórki macierzyste były tak trudne do zdobycia nikt nigdy wcześniej nie był w stanie zbadać ich na takim poziomie szczegółowości.

Okazuje się, że nowe linie komórek macierzystych, uzyskanych z materiału od pacjentów z chorobą Huntingtona, działają inaczej od komórek macierzystych powstałych z materiału od osób bez HD. Główne różnice dotyczą sposobu włączania i wyłączania genów oraz sposobu wytwarzania energii.

Komórkowe objawy są w dużej mierze zgodne z obserwacjami naukowców dokonanymi na innych typach komórek z mutacją choroby Huntingtona, co sugeruje, że nowe komórki macierzyste będą bardzo przydatnym narzędziem poznania sposobu, w jaki mutacja HD zmienia funkcjonowanie komórek, ostatecznie prowadząc do ich przedwczesnej śmierci.

Jaki z tego wniosek? Czego mogą oczekiwać pacjenci z chorobą Huntingtona od nowych linii komórek? Najważniejszym wkładem komórek macierzystych od pacjentów HD jest model dostarczony naukowcom badającym chorobę.

Wyobraź sobie, że jesteś firmą farmaceutyczną, która uważa, że jej nowy lek pomoże komórkom uporać się z mutacją choroby Huntingtona i na dłużej zachować zdrowie. Teraz, dzięki nowym komórkom macierzystym, możesz przetestować swój lek na komórkach mózgowych stworzonych z komórek pacjentów z HD, a nie na komórkach myszy czy robaka. Miejmy nadzieję, że to zapewni nam znacznie dokładniejsze wyniki - i pozwoli testować na ludziach wyłącznie naprawdę skuteczne leki.

Zastępowanie komórek?

Możliwość zastąpienia utraconych komórek nowymi - to marzenie wielu naukowców i osób żyjących z chorobą Huntingtona - pozwoliłaby nam zatrzymać, a może nawet cofnąć, objawy chorób degeneracyjnych.

Hodowanie nowych komórek w celu zastąpienia tych utraconych w wyniku choroby jest znane jako terapia zastępowania komórek, i jest to jeden z powodów podniecenia wokół komórek macierzystych. Niektórzy badacze uważają, że przeszczepienie komórek macierzystych do uszkodzonych części mózgu pacjenta z HD mogłoby zastąpić komórki obumarłe w trakcie choroby.

Zanim terapia zastępowania komórek będzie mogła być stosowana należy przezwyciężyć jeszcze kilka problemów. Po pierwsze, jakie komórki powinniśmy umieszczać w mózgach ludzi? Oczywiście, chcielibyśmy zastępować umierające komórki mózgowe większą liczbą komórek mózgowych, nie komórek skóry czy mięśni. Skąd więc mamy wziąć więcej komórek mózgowych, i skąd będziemy mieć pewność, że będą genetycznie ‘pasowały’ do pacjenta?

Tu pojawiają się nowe ‘indukowane’ komórki macierzyste; po raz pierwszy teoretycznie możemy pobrać próbkę skóry od pacjenta HD, przeprogramować komórki na komórki macierzyste czy neurony i wstrzyknąć je do mózgu tegoż pacjenta. Gdyby zadziałało, byłoby fantastycznym rozwiązaniem, ponieważ komórki byłoby genetyczne identyczne z pacjentem.

Ostatnie eksperymenty na szczurach sugerują, że komórki macierzyste wstrzyknięte w ten sposób, mogą tworzyć nowe komórki mózgowe, które wydają się integrować z mózgiem i pomagać szczurom cofać uszkodzenia mózgu.

Korygowanie mutacji HD

Bystrzy czytelnicy mogą zauważyć tu problem - mutacja, która powoduje HD znajduje się w każdej komórce ciała, również w komórkach skóry i wszelkich komórkach macierzystych, które z nich robimy. Więc nawet jeśli uda nam się stawić czoła wyzwaniu technicznego dostarczania komórek macierzystych do mózgu, jesteśmy skazani na nowe neurony, które mają tę samą mutację, która powoduje HD!

Byłoby idealnie, gdybyśmy mogli ‘naprawić’ komórki macierzyste od pacjentów HD, usuwając mutację powodującą HD na etapie hodowania komórek w laboratorium. Istnieje kilka nowych technik, które mogą to zrobić - mamy technologię zinc finger nucleases. Ale są nowe i prawdopodobnie minie wiele lat zanim będą mogły być zastosowane u chorych HD.

Grupa naukowców pod kierownictwem Lisy Ellerby w Buck Institute for Research on Aging (Instytut badań nad starzeniem, lub coś podobnego, przyp. tłum.) rozważa inne podejście do tego problemu. Wykonywanie precyzyjnych zmian w genach komórek macierzystych rosnących w naczyniu jest o wiele, wiele łatwiejsze niż zmienianie DNA żyjących ludzi. W rzeczywistości, proces ten jest rutynowo stosowany do genetycznego modyfikowania myszy, wykorzystywanych później do badań laboratoryjnych na całym świecie.

Grupa Ellerby przeprowadziła bardzo prosty eksperyment - komórkom macierzystym od pacjenta HD podano trochę więcej DNA, które mówiło tym komórkom jak zrobić normalny gen HD, zamiast zmutowanego.

Skuteczność tej metody jest bardzo niska: tylko 2, z 5 milionów leczonych komórek, wykorzystały dodatkowe DNA. Ale dzięki świecącym markerom do oznaczania skorygowanych komórek, mogły zostać wyizolowane i hodowane.

Ta prosta genetyczna sztuczka umożliwiła Ellerby i jej grupie stworzenie zdumiewającego zestawu porównań. Mogli stawiać pytania w rodzaju: jaka jest różnica pomiędzy komórką z mutacją HD i dokładnie tą samą komórą ze skorygowaną mutacją? Zespół, jak konsorcjum komórek macierzystych, przyjrzał się dziesięcioleciom prac nad HD w komórkach i zbadał, co zmieniło się w ‘naprawionych’ komórkach HD. Analiza wykazała, że niektóre nieprawidłowości w komórkach HD mogą być korygowane naprawą mutacji HD.

Problem rozwiązany?

To ważne informacje dla naukowców badających chorobę Huntingtona. Ale mogą być tak samo ważne dla rozwiązania problemu leczenia: w jaki sposób uzyskać nowe komórki odpowiednie do zastąpienia komórek utraconych w HD?

Wracając do tego problemu, widzimy teraz, że teoretycznie istnieje możliwość przeprogramowania komórek skóry pacjenta HD na komórki macierzyste. Te komórki macierzyste mogłyby zostać genetycznie ‘poprawione’, pozbawione mutacji powodującej HD z genomu. Wszczepienie genetycznie zmodyfikowanych komórek, w teorii, pozwoliłoby nowym, wolnym od mutacji HD neuronom rosnąć w mózgu pacjenta.

Tutaj w HDBuzz, jesteśmy zadowoleni z prędkości postępów w dziedzinie komórek macierzystych i możliwości leczenia HD. Ale bierzemy także pod uwagę to, że przekształcenie niezwykłych postępów w kurację na HD wciąż będzie bardzo długim i trudnym procesem - w rzeczywistości o wiele trudniejszym niż stworzenie tradycyjnego leku.

Dostarczanie genetycznie zmodyfikowanych komórek do mózgu żywego pacjenta jest bardzo ryzykowne i będzie wymagało dużej ostrożności. Czeka nas prawdopodobnie wiele lat coraz bardziej wyrafinowanych testów laboratoryjnych, które muszą zostać przeprowadzone, zanim metoda będzie stosowana wśród pacjentów na szeroką skalę.

Znacznie szybciej ważne postępy w komórkach iPS mogą stać się bardzo użytecznym narzędziem zrozumienia choroby Huntingtona i usprawnienia procesu opracowywania leków. Tymczasem, komórki macierzyste jako terapia, wraz z innymi kuracjami w trakcie opracowywania, rozwijają się powoli. Inne zabiegi, o krótszych ramach czasowych, przechodzą próby, bardzo istotne jest rozpoczęcie rozwoju tych długoterminowych, ale niezwykle obiecujących, technologii.