Co dalej z iPS?

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS, ang. induced pluripotent stem cells) stały się przebojem ostatnich miesięcy na polu badań nad komórkami macierzystymi. Ostatnie osiągnięcia potwierdzają skuteczność indukcji pluripotencji w różnych typach komórek somatycznych, a także potencjał komórek iPS jako narzędzia badawczego i terapeutycznego.

Pluripotencjalność to cecha komórki oznaczająca jej zdolność do różnicowania we wszystkie typy komórek dorosłego organizmu. Tak ogromny potencjał posiadają w naturze tylko komórki wczesnego stadium zarodkowego – blastocysty (dokładniej tzw. wewnętrznej masy komórkowej, inaczej węzła zarodkowego). To właśnie takie komórki, wyizolowane i hodowane in vitro, znamy jako zarodkowe komórki macierzyste.

Otrzymywanie komórek macierzystych z zarodków, nawet w tak wczesnym stadium, jak blastocysta, budzi szereg kontrowersji. Pluripotencjalne komórki są jednak bardzo cenne – mogą stanowić narzędzie badań nad chorobami genetycznymi, pomagać w testowaniu nowych leków, a także stanowią potencjalne narzędzie terapeutyczne, w związku z ich umiejętnością różnicowania w różne typy komórek. Pozwalają też na badania wczesnych procesów rozwojowych, w tym przemian zachodzących na poziomie samej komórki i jej DNA.

To dzięki temu ostatniemu zastosowaniu, badaniom podstawowym genetyki zarodkowych komórek macierzystych, udało się poznać geny odpowiedzialne za ich pluripotencjalność, jak również te kierujące ich różnicowaniem.

Przełomem było udane reprogramowanie komórek skóry, fibroblastów, do komórek pluripotencjalnych, z wykorzystaniem zaledwie czterech z wielu poznanych czynników odpowiedzialnych za pluripotencjalność [1, 2, 3]. Dokonał tego zespół japońskiego naukowca Shinyi Yamanaki: po raz pierwszy w 2006 roku na komórkach mysich [1], w roku 2007 natomiast na ludzkich fibroblastach [2]. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS), bo tak je nazwano, przypominają zarodkowe komórki macierzyste nie tylko morfologicznie, ale także pod względem szeregu cech charakterystycznych dotąd tylko dla tych drugich. Co najistotniejsze, wykazują pluripotencjalność i w warunkach in vitro mogą różnicować do różnych typów komórek występujących w dorosłym organizmie. (Por. Pluripotencjalne, lecz nie zarodkowe?)

Osiągnięcia ta pociągnęły za sobą lawinę kolejnych badań. W tym samym czasie co grupa Yamanaki uzyskanie ludzkich komórek pluripotencjalnych z fibroblastów ogłosił zespół Thomsona, używając innego zestawu czynników [3]. Kolejne publikacje przyniosły potwierdzenie skuteczności stosowanych metod [4-7], a nawet pokazały potencjalne możliwości terapeutycznego zastosowania komórek iPS [6]. Wiele zespołów, w tym znów grupa Yamanaki, dokonało udanych prób reprogramowania innych, bardziej zaawansowanych na ścieżkach różnicowania, komórek [8, 9]. I tak udało się uzyskać komórki pluripotencjalne z komórek epitelium żołądka [8], z hepatocytów (komórki wątroby) [8], a nawet limfocytów B [9].

Rodzi się pytanie, dlaczego iPS wydają się tak atrakcyjnym narzędziem, skoro potrafimy już uzyskiwać zarodkowe komórki macierzyste o tym samym potencjale. Istnieje szereg powodów, z których najszerzej dyskutowany to zapewne kwestie etyczne, dokładniej fakt, że uzyskiwanie komórek pluripotencjalnych ze zwykłych komórek somatycznych za pomocą opisywanej metody nie wymaga w ogóle używania zarodka w procedurze. Ale to nie jedyna zaleta.

Z punktu widzenia ewentualnej terapii najważniejszy jest fakt, że uzyskać można komórki autologiczne dla pacjenta. Prosta biopsja skóry dostarczy nam bowiem komórek, z których wyprowadzić możemy komórki identyczne genotypowo (i po ewentualnym różnicowaniu także fenotypowo) z komórkami pacjenta. Takie komórki nie będą rozpoznawane przez układ odpornościowy jako obce, a zatem nie dojdzie do ich odrzucenia po przeszczepieniu i nie będzie potrzeby stosowania środków immunosupresyjnych.

Jest to wyzwanie, z którym badacze zarodkowych komórek macierzystych próbują sobie poradzić za pomocą klonowania terapeutycznego, wykorzystującego technikę transferu jądra somatycznego (SCNT, ang. somatic cell nuclear transfer) w celu uzyskania komórek zarodkowych identycznych z komórkami dawcy (pacjenta). Trzeba zaznaczyć, że klonowanie terapeutyczne również zanotowało w ostatnim czasie kilka znaczących sukcesów na swoim koncie. Jesienią 2007 roku doniesiono o uzyskaniu techniką transferu jądra somatycznego zarodkowych komórek macierzystych naczelnych [11]. W 2008 już roku dowiedziono m.in., że linie zarodkowych komórek macierzystych uzyskać można z pojedynczych blastomerów, pobieranych w jeszcze wcześniejszym stadium rozwoju zarodka niż blastocysta. Co ważne, zarodki takie mogły się dalej prawidłowo rozwijać. [12] (Por. Komórki embrionalne uzyskane bez niszczenia zarodków) Z innych ciekawych osiągnięć, udało się także, poprzez klonowanie terapeutyczne i następne różnicowanie, uzyskać autologiczne komórki nerwowe, które z powodzeniem zastosowano w mysim modelu choroby Parkinsona [13]. (Por. Klonowanie terapeutyczne skuteczne w mysim modelu choroby Parkinsona)

Za ostatecznym zastosowaniem iPS zamiast komórek zarodkowych przemawia stosunkowa prostota metodyki ich otrzymywania, jak również istotne dla wielu, wspomniane już kwestie etyczne. iPS muszą jednak pokonać szereg przeszkód, nim ich praktyczne zastosowanie stanie się czymś powszechnym. Faktem jest, że możliwe jest ich różnicowanie i modyfikacja w celu użycia w terapii. Należy jednak zauważyć, że wciąż długi jest czas trwania procedury oraz czas potrzebny, aby otrzymać wystarczającą ilość komórek, powstających z dość niską wydajnością [10]. Kolejnym minusem jest możliwość zaburzenia funkcji komórek przez integrujące z jej genomem retrowirusy – wektory powszechnie stosowane do wprowadzania wspomnianych czynników pluripotencji do reprogramowanych komórek. Prowadzić to może np. do ich rakowacenia. Być może rozwiązaniem stanie się zastosowanie innych wektorów, wprowadzanie gotowych białek czynników zamiast ich genów [15] czy też chemiczna indukcja odpowiednich endogennych czynników [10]. Z niemałą ostrożnością podchodzono także do stosowania potencjalnego onkogoenu c-Myc pośród używanych czynników, wykazano jednak, że możliwa jest indukcja pluripotencji bez jego wykorzystania [4].

Możliwość uzyskania komórek od dowolnego człowieka czyni iPS atrakcyjnym narzędziem również na polu badań przeróżnych schorzeń, w tym chorób genetycznych. Potwierdzono to, uzyskując iPS z biopsji skóry 8 pacjentów z różnymi schorzeniami genetycznymi. [14]

Przyszłość iPS rysuje się optymistycznie, zważywszy na żywe zainteresowanie środowiska naukowego. I choć początkowy entuzjazm zapewne z czasem przygaśnie, to spodziewać się możemy jeszcze niejednego ciekawego odkrycia. Pozostaje mieć nadzieję, że któreś z nich pozwoli nam wreszcie okiełznać potencjał komórek pluripotencjalnych i wykorzystać je w medycynie.

Literatura:
1. Takahashi et al. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006, 126: 663–676.
2. Takahashi et al.Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007, 131: 861-872.
3. Yu et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science 2007, 318: 1917-1920.
4. Nakagawa et al. Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nat Biotechnol 2008, 26: 101-106.
5. Park et al. Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors. Nature 2008, 451: 141-146.
6. Hanna et al. Treatment of sickle cell anemia mouse moel with iPS cells generated from autologous skin. Science 2007, 318: 1920-1923.
7. Lowry et al. Generation of human induced pluripotent stem cells from dermal fibroblasts. Proc Natl Acad Sci U S A 2008, 105: 2883-2888.
8. Aoi et al. Generation of pluripotent stem cells from adult mouse liver and stomach cells. Science 2008.
9. Hanna et al. Direct reprogramming of terminally differentiated mature B lymphocytes to plutipotency, Cell 2008, 133: 250-264.
10. Cyranoski 5 things to know before jumping on the iPS bandwagon. Nature 2008, 452: 406-408.
11. Byrne et al. Producing primate embryonic stem cells by somatic cell nuclear transfer. Nature 2007, 450: 497-502.
12. Chung et al. Human embryonic stem cell lines generated without embryo destruction. Cell Stem Cell 2008, 2(2): 113-117.
13. Tabar et al. Therapeutic cloning in individual parkinsonian mice. Nat Med 2008, 14: 379-381.
14. BBC News: Stem cells made to mimick disease. 07.04.2008.
15. Baker Cells reprogrammed to an embryonic-like state without viruses reported by press release. Nature reports stem cells: The Niche The Stem Cell Blog 27.02.2008.

Komentarze

Agata | 2011-05-12 21:39:06
Bardzo ładnie napisane :)