Ekscytujące postępy w dziedzinie 'indukowanych’ komórek macierzystych

Komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów są źródłem wielkiej nadziei dla pacjentów cierpiących na choroby spowodowane obumieraniem komórek w organizmie – jak choroba Huntingtona. Jednak diabeł tkwi w szczegółach, a faktyczne wykorzystanie tych potężnych komórek do pomocy pacjentom z HD jest złożonym problemem. Teraz dwa nowe badania rozwinęły komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów jako narzędzie dla naukowców i udowodniły, że możliwe jest – w komórkach w laboratorium – skorygowanie mutacji powodującej HD.

Przypomnienie o komórkach macierzystych

Każdy człowiek zaczyna się od pojedynczej zapłodnionej komórki jajowej, która wielokrotnie się dzieli, tworząc około 50 bilionów komórek znajdujących się w dorosłym organizmie. Każda komórka ma swoje własne właściwości – komórki mięśniowe funkcjonują zupełnie inaczej niż komórki skóry i tak dalej. Szczególne właściwości każdego typu komórek określają, jakie funkcje dana komórka może pełnić.

Przez wiele lat naukowcy wierzyli, że tylko bardzo szczególny typ komórek – zwany komórkami macierzystymi – był zdolny do podziału i tworzenia różnych typów komórek w naszych ciałach. Najbardziej oczywistym źródłem tych komórek były wczesne zarodki, gdzie normalnie się znajdują. Chociaż te ’embrionalne komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów’ były niezwykle potężne – pozwalając naukowcom hodować nowe komórki, takie jak komórki mózgu w laboratorium – ich wykorzystanie było etycznie i prawnie trudne, ponieważ wymagało zniszczenia zarodków.

W 2006 roku wszystko, co wiemy o komórkach macierzystych, uległo zmianie, gdy Shinya Yamanaka odkrył możliwość 'przeprogramowania’ dowolnej komórki dorosłego organizmu w komórkę macierzystą. Nagle nie było potrzeby niszczenia zarodków, aby stworzyć komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów – mogliśmy po prostu pobrać mały fragment skóry i przeprogramować znajdujące się w niej komórki, aby stały się komórkami macierzystymi. Naukowcy stali się całkiem dobrzy w hodowaniu neuronów, komórek mięśniowych i innych krytycznych typów komórek, które są uszkodzone w różnych chorobach, z komórek macierzystych, gdy już je mają.

Te przeprogramowane komórki nazywane są indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi lub komórkami iPS.

Nasz przewodnik po komórkach macierzystych wcześniej omawiał ekscytację i trudności związane z badaniami nad komórkami macierzystymi w chorobie Huntingtona.

Komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów od pacjentów z HD

W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie o nieco dziwnej nazwie 'Cell Stem Cell’, grupa naukowców stworzyła i badała zestaw tych indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych od pacjentów z chorobą Huntingtona. Badacze byli ciekawi, czy komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów od pacjentów z HD będą zachowywać się inaczej niż te od osób, które nie mają mutacji.

Grupa naukowców przyjrzała się temu, jak komórki zachowują się w laboratorium. Kilka dekad pracy sugerowało, że komórki od pacjentów z HD są nieprawidłowe, ale nikt nigdy wcześniej nie był w stanie badać komórek macierzystych na tym poziomie szczegółowości, ponieważ były one tak trudne do uzyskania.

Okazuje się, że nowe linie komórek macierzystych stworzone od pacjentów z chorobą Huntingtona rzeczywiście zachowują się inaczej niż komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów stworzone od osób bez HD. Główne różnice dotyczyły tego, jak komórki włączały i wyłączały geny oraz jak produkowały energię.

Te komórkowe objawy w dużej mierze odpowiadają obserwacjom, jakie naukowcy poczynili w innych typach komórek z mutacją choroby Huntingtona, sugerując, że te nowe komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów będą naprawdę użytecznym narzędziem do zrozumienia, jak mutacja zmienia funkcjonowanie komórek, prowadząc ostatecznie do ich przedwczesnej śmierci w HD.

Jaki jest cel tego? Czego pacjenci z chorobą Huntingtona mogą oczekiwać od tych nowych linii komórkowych? Najważniejszym wkładem komórek macierzystych od pacjentów z HD jest zapewnienie modelu dla naukowców badających chorobę.

Wyobraź sobie, że jesteś firmą farmaceutyczną, która wierzy, że twój nowy lek pomoże komórkom radzić sobie z mutacją choroby Huntingtona i pozostać zdrowymi dłużej. Teraz, dzięki tym nowym komórkom macierzystym, możesz testować swój lek na komórkach mózgowych stworzonych od rzeczywistych pacjentów z HD, zamiast na komórkach myszy czy robaka. Miejmy nadzieję, że zapewni to znacznie dokładniejsze wyniki – i pomoże nam testować na ludziach tylko naprawdę skuteczne leki.

Wymiana komórek?

Marzeniem wielu badaczy i osób żyjących z chorobą Huntingtona jest to, że pewnego dnia będziemy mogli zastąpić utracone komórki nowymi – pozwalając nam zatrzymać, a może nawet odwrócić objawy chorób zwyrodnieniowych.

Hodowanie nowych komórek w celu zastąpienia tych utraconych w chorobie jest znane jako terapia wymiany komórek i jest jednym z powodów całego podekscytowania wokół komórek macierzystych. Niektórzy badacze uważają, że przeszczepienie komórek macierzystych do uszkodzonych części mózgu pacjentów z HD mogłoby zastąpić te komórki, które obumierają w trakcie choroby.

Przed terapią zastępowania komórek trzeba będzie pokonać poważne wyzwania naukowe. Po pierwsze, jakie komórki powinniśmy umieścić w mózgach ludzi? Oczywiście, chcielibyśmy zastąpić umierające komórki mózgu większą ilością komórek mózgowych, a nie komórkami skóry czy mięśni. Więc skąd mamy wziąć więcej komórek mózgowych i jak upewnić się, że są one genetycznie 'dopasowane’ do pacjenta?

Tu właśnie wkraczają te nowe 'indukowane’ komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów; po raz pierwszy moglibyśmy teoretycznie pobrać próbkę skóry od pacjenta z HD, przeprogramować komórki, aby stały się komórkami macierzystymi lub neuronami, i wstrzyknąć te komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów do mózgu pacjenta. Gdyby to zadziałało, byłoby to fantastyczne rozwiązanie, ponieważ komórki byłyby dokładnym genetycznym odpowiednikiem pacjenta.

Niedawne eksperymenty na szczurach sugerują, że komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów wstrzyknięte w ten sposób mogą tworzyć nowe komórki mózgowe, które wydają się integrować z mózgiem i pomagać szczurom w powrocie do zdrowia po uszkodzeniu mózgu.

Korygowanie mutacji HD

Uważni czytelnicy mogli zauważyć problem – mutacja powodująca HD znajduje się w każdej komórce naszego ciała, w tym w komórkach skóry i wszelkich komórkach macierzystych, które z nich tworzymy. Więc nawet jeśli skutecznie poradzimy sobie z technicznymi wyzwaniami dostarczania komórek macierzystych do mózgu, wciąż mamy do czynienia z nowymi neuronami, które mają tę samą mutację, która powoduje HD!

Idealnym rozwiązaniem tego problemu byłoby, gdybyśmy mogli 'naprawić’ komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów od pacjentów z HD, usuwając mutację powodującą HD, podczas gdy komórki rosną w naczyniu. Istnieją bardzo nowe techniki, które pozwalają na zrobienie właśnie tego – wcześniej opisywaliśmy jedną z technologii, zwaną nukleazami palców cynkowych. Ale te technologie są nowe i prawdopodobnie wiele lat dzieli nas od ich zastosowania u pacjentów z HD.

Grupa naukowców pod kierownictwem Lisy Ellerby z Buck Institute for Research on Aging rozważyła inne podejście do tego problemu. Dokonywanie precyzyjnych zmian w genach komórek macierzystych rosnących w naczyniu jest znacznie, znacznie łatwiejsze niż zmiana DNA żyjących ludzi. W rzeczywistości proces ten jest rutynowo używany do tworzenia genetycznie zmodyfikowanych myszy używanych do badań biologii i medycyny w laboratoriach na całym świecie.

Grupa Ellerby przeprowadziła bardzo prosty eksperyment – dała komórkom macierzystym od pacjenta z chorobą Huntingtona trochę dodatkowego DNA, które mówiło im, jak wytwarzać normalny, a nie zmutowany gen HD.

Wydajność tej procedury jest niezwykle niska: z 5 milionów traktowanych komórek tylko 2 komórki wykorzystały dodatkowe DNA do dokonania odpowiedniej korekty. Ale dzięki użyciu świecącego markera do oznaczenia tych komórek, które faktycznie dokonały korekty, mogły one zostać wyizolowane i hodowane.

Ten prosty genetyczny trik umożliwił Ellerby i jej grupie dokonanie niesamowitego zestawu porównań. Mogli zadawać pytania typu: jaka jest różnica między komórką z mutacją HD, a dokładnie tą samą komórką z poprawioną mutacją? Jej zespół, podobnie jak konsorcjum komórek macierzystych, sięgnął po dekady pracy nad HD w komórkach i badał, co się dzieje z komórkami HD, które zostały 'naprawione’. Ta analiza ujawniła, że niektóre nieprawidłowości w komórkach HD można skorygować poprzez naprawę mutacji HD.

Problem rozwiązany?

To dostarcza ważnych informacji naukowcom badającym chorobę Huntingtona. Ale może być równie ważne dla rozwiązania problemu leczenia: jak sprawić, by nowe komórki nadawały się do zastąpienia utraconych komórek w HD?

Wracając teraz do tego problemu, widzimy, że teoretycznie możliwe jest przeprogramowanie komórek skóry od pacjenta z HD w komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów. Te komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów mogłyby następnie zostać genetycznie 'poprawione’, usuwając mutację powodującą HD z ich genomu. Implantacja tych genetycznie zmodyfikowanych komórek pozwoliłaby, w teorii, na wzrost nowych neuronów w mózgu pacjenta, wolnych od mutacji HD.

Tu w HDBuzz cieszymy się z szybkości tych postępów w dziedzinie komórek macierzystych i możliwości leczenia HD. Ale uważamy też, że przekształcenie tych niezwykłych odkryć w terapie HD będzie nadal bardzo długim i trudnym procesem – w rzeczywistości znacznie trudniejszym niż opracowanie tradycyjnego leku.

Dostarczanie genetycznie zmodyfikowanych komórek do mózgu żywych pacjentów jest bardzo ryzykowne i będzie musiało być podejmowane z wielką ostrożnością. Prawdopodobnie potrzeba jeszcze wielu lat coraz bardziej zaawansowanych prób laboratoryjnych, zanim ta metoda leczenia zostanie zastosowana na dużą skalę u ludzi.

Jednak w znacznie krótszym czasie te ważne postępy w komórkach iPS prawdopodobnie staną się bardzo użytecznymi narzędziami do zrozumienia choroby Huntingtona i usprawnienia procesu rozwoju leków. Tymczasem komórki macierzystekomórki macierzyste komórki, które mogą dzielić się na komórki różnych typów jako metody leczenia powoli posuwają się naprzód w procesie rozwoju terapii dla HD. Podczas gdy inne metody leczenia o krótszym czasie realizacji przechodzą próby, kluczowe jest rozpoczęcie rozwoju tych długoterminowych, ale niezwykle obiecujących technologii.

Dowiedz się więcej

• Oryginalna publikacja Konsorcjum HD iPSC w Cell Stem Cell (pełny artykuł wymaga opłaty lub subskrypcji)
• Oryginalna publikacja An, Ellerby i współpracowników w Cell Stem Cell na temat korekty defektu genetycznego w komórkach macierzystych HD (pełny artykuł wymaga opłaty lub subskrypcji)
• Nasz przegląd dziedziny komórek macierzystych dla pacjentów z HD
• Nukleazy palców cynkowych – jedna z możliwych metod korygowania mutacji DNA
• Neurony z komórek macierzystych: tworzenie właściwych połączeń