Nowe osiągnięcia w dziedzinie iPS

ZarodekOdkąd naukowcom udało się uzyskać indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) z ludzkich fibroblastów, badania nad iPS nabrały niezwykłego tempa i zaangażowały liczne zespoły badawcze na całym świecie. Tegoroczna jesień przyniosła kolejne przełomowe odkrycia.

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) odpowiadają swoim potencjałem embrionalnym komórkom macierzystym (ES). W przeciwieństwie do ES jednak, iPS nie wywodzą się z zarodków, a z komórek somatycznych, reprogramowanych z użyciem odpowiednich technik (cofniętych do stanu pluripotencji, gdy komórki mają zdolność różnicowania w różne typy komórek).

Do tej pory używano w tym celu transfekcji wektorami retrowirusowymi. Metoda ta ma jednak pewną podstawową wadę – materiał genetyczny wprowadzany w ten sposób do komórek wbudowuje się do genomu w sposób przypadkowy. Może to prowadzić np. do inaktywacji istotnych dla komórki genów. Najpoważniejszym ryzykiem jest indukcja nowotworowego charakteru transfekowanych komórek. Stanowi to poważny minus iPS, rozpatrywanych poza tym jako znakomity materiał do terapii komórkowej.

Wydaje się, że rozwiązanie tego problemu znalazł zespół Shinyi Yamanaki (ten sam, który jako jeden z pierwszych uzyskał ludzkie iPS). Wektory retrowirusowe próbowano początkowo zastąpić adenowirusowymi, które nie wbudowują swojego materiału do genomu komórki. Różne wektory adenowirusowe, zawierające m.in. geny kluczowych dla reprogramowania czynników transkrypcyjnych (Oct4, Sox2, Klf4 oraz c-Myc), okazały się jednak nieefektywne. Sprawdził się natomiast system jeszcze prostszy, bo wykorzystujący transformację komórek plazmidem zawierającym wszystkie czynniki (Oct4, Sox2, Klf4) wraz z plazmidem niosącym c-Myc.

Odkrycie to daje nadzieję na uzyskanie iPS, które, wolne od podejrzeń o potencjał kancerogenny, będą mogły być wykorzystane w terapii.

Nierozwiązanym problemem pozostawała natomiast niska efektywność stosowanych metod. Niestety technika wykorzystująca plazmidy jest mniej wydajna niż retrowirusowa, a już ta druga prowadzi do reprogramowania tylko około 1 na 10,000 poddanych procedurze komórek.

Inne najnowsze doniesienie pokazuje jednak, że nie jest to tylko kwestia metody, ale również użytych komórek. Grupa z Salk Institute for Biological Studies pod kierunkiem Juana Carlosa Izpisúa Belmonte odkryła bowiem, że spośród wielu typów komórek najpodatniejsze na reprogramowanie są... keratynocyty. Wykazano to w hodowlach komórkowych keratynocytów uzyskanych z eksplantatów ludzkich. Wydajność reprogramowania osiągnęła dla nich poziom 1 na 100 komórek. Autorzy twierdzą również, że uzyskano to w krótszym czasie niż w przypadku popularnego już reprogramowania fibroblastów.

Dodatkowym atutem nowej procedury okazał się fakt, że udanego reprogramowania w przypadku keratynocytów dokonać można dla znikomej ilości komórek: komórek przytwierdzonych do pojedynczego ludzkiego włosa.

Taka efektywność metody może stanowić ogromny krok naprzód w kierunku praktycznego wykorzystania iPS. Wydajność oraz czas trwania procedury były bowiem kolejnymi ograniczającymi czynnikami dla zastosowania iPS w terapii. Jeżeli materiał uzyskamy tak łatwo i nieinwazyjnie, bo nawet z pojedynczego włosa pacjenta, a czas oczekiwania na komórki będzie krótki, zwiększy to bardzo atrakcyjność metody.

Dla swoich komórek badacze z Salk Institute for Biological Studies postulują nazwę KiPS (keratinocyte-derived induced pluripotent stem cells), aby odróżnić je od iPS otrzymywanych z fibroblastów. Zagadką pozostaje wciąż, dlaczego właśnie keratynocyty miałyby być bardziej podatne na reprogramowanie niż inne typy komórek. Wstępne badania tego samego zespołu wskazują na bardziej zbliżony (w porównaniu z fibroblastami) profil ekspresji genów w keratynocytach i ludzkich zarodkowych komórkach macierzystych.

Kolejne osiągnięcia w dziedzinie iPS niwelują w coraz większym stopniu ich początkowe wady. Coraz więcej wiemy także o mechanizmach reprogramowania, co pozwala nam działać bardziej świadomie. Obiecująco zwiększają się szanse na to, że kiedyś wykorzystamy iPS do celów klinicznych.

Źródło:
- Eliminating Viral Vector In Stem Cell Reprogramming, Science Daily 12.10.2008.
- Okita et al. Generation of Mouse Induced Pluripotent Stem Cells Without Viral Vectors. Science, October 10, 2008; DOI: 10.1126/science.1164270.
- Stem Cell Breakthrough: Mass-Production Of *Embryonic* Stem Cells From A Human Hair, Science Daily 18.10.2008.