ArtykułyGMOSłownikPracaStudiaForum
Aktualności:Organizmy transgeniczne, GMOKlonowanieKomórki macierzysteNowotwory, rakWirusologia, HIV, AIDSGenetykaMedycyna i fizjologiaAktualności biotechnologiczneBiobiznes

Pluripotencjalne, lecz nie zarodkowe?

Udane reprogramowanie komórek skóry do komórek pluripotencjalnych przynosi nową nadzieję na wykorzystanie ich w medycynie regeneracyjnej i badaniach podstawowych. Niemałe znaczenie ma tu aspekt etyczny – do tej pory komórki o takim potencjale można było otrzymać wyłącznie z zarodków, a znaliśmy je jako zarodkowe komórki macierzyste.

W listopadzie światem nauki wstrząsnęło osiągnięcie, które w pełni zasługuje na miano przełomowego. Dwie publikacje w znakomitych pismach – Junying Y. et al., Science, oraz Takahashi K. et al., Cell – opublikowane online tego samego dnia (patrz źródła), przyniosły wieści o udanym reprogramowaniu ludzkich komórek somatycznych do komórek pluripotencjalnych, czyli zdolnych do różnicowania w każdy typ komórek dojrzałego organizmu. Kolejne tego typu doniesienia są najprawdopodobniej tylko kwestią czasu.

Oba wymienione zespoły dokonały transdukcji ludzkich fibroblastów za pomocą wektorów wirusowych, wprowadzając w ten sposób 4 geny, wybrane wcześniej na drodze eksperymentów i starannej analizy. Każda grupa wytypowała nieco odmienny zestaw genów, odpowiedzialnych według niej za pluripotencjalnosć komórek zarodkowych w stadium blastocysty – czyli tych, które są izolowane i znane nam jako zarodkowe komórki macierzyste (ES, ang. Embryonic Stem cells). Przy tym jednak dwa z zastosowanych genów były wspólne dla obu eksperymentów: były to Oct3/4 (in. Oct4) i Sox2. Obie grupy osiągnęły pozytywne rezultaty, a uzyskane komórki określa skrót iPS (ang. induced Pluripotent Stem cells).

Warto w tym miejscu zauważyć, że np. dla jednego z zastosowanych genów – c-Myc – wykazano, iż nie jest on niezbędny dla procesu reprogramowania, choć skraca czas, w jakim do niego dochodzi (Nakagawa M. et al, Nature Biotechnology). W związku z tym kluczowa dla procesu reprogramowania wydaje się ekspresja Oct3/4 i Sox2, skutkująca powstaniem odpowiednich czynników transkrypcyjnych, koniecznych z kolei do indukcji ekspresji wielu innych genów. Cały ten proces skutkuje takim zmodyfikowaniem epigenetycznej kontroli ekspresji genów w indukowanych komórkach, że stają się one pluripotencjalne.

Komórki uzyskane przez obie grupy wykazywały podobieństwo do zarodkowych komórek macierzystych pod względem morfologii, tempa proliferacji, markerów powierzchniowych, ekspresji genów, aktywności telomerazy oraz najbardziej chyba efektownej cechy – zdolności do różnicowania w komórki różnych typów. Pluripotencjalność uzyskanych komórek badano zarówno in vitro, jak i in vivo. W pierwszym przypadku, stymulowane przez odpowiedni dobór pożywki i określone czynniki, komórki wykazywały różnicowanie do komórek nerwowych i komórek mięśnia sercowego. W badaniach in vivo iPS wstrzyknięte myszom o obniżonej odporności tworzyły teratomy – nowotwory złożone z różnych typów komórek (takie same są wytwarzane przez zarodkowe komórki macierzyste po wstrzyknięciu do organizmu).

Otrzymanie komórek o charakterystyce właściwej dotąd jedynie komórkom zarodkowym osób wywołało liczne komentarze odnośnie ich wartości etycznej. Przez wielu zostały uznane za rozwiązanie problemu zarodkowych komórek macierzystych, jako że reprogramowanie komórek somatycznych oznacza wyłączenie stadium zarodka z procesu otrzymywania tego typu komórek.

Dzięki temu iPS mają szansę stać się o wiele łatwiej dostępne niż ES, pomagając rozwinąć badania prowadzone na tego typu komórkach, a więc np. testy nowych leków czy testy toksyczności. Ponadto możliwe byłoby uzyskanie komórek stanowiących doskonalsze modele wielu chorób niż te wykorzystywane obecnie, pod warunkiem że niektóre chorobotwórcze mutacje nie uniemożliwiałyby reprogramowania. Trudno jak dotąd stwierdzić, czy iPS mogą mieć znaczenie dla badań nad rozwojem embrionalnym, co z drugiej strony mogłoby nas doprowadzić do punktu wyjścia pod względem kwestii etycznych.

Niewątpliwie natomiast iPS dają nadzieję na pomyślne zastosowanie pluripotencjalnych komórek macierzystych do celów medycyny regeneracyjnej. Jednak tak jak w przypadku komórek zarodkowych, konieczne jest najpierw znalezienie sposobów efektywnego i pełnego różnicowania tych komórek do żądanej tkanki (w przeciwnym razie ryzykowalibyśmy rozwój nowotworu (wyżej wspomnianej teratomy) po wprowadzeniu przeszczepu do organizmu biorcy). Oprócz dostępności, iPS mają w medycynie regeneracyjnej jeszcze jedną niezaprzeczalną przewagę nad ES – przeszczepienie z ich wykorzystaniem będzie miało charakter autologiczny, a więc lecznicze komórki będą pochodziły od samego biorcy. Jest to z natury rzeczy niemożliwe w przypadku zarodkowych komórek macierzystych. Posiada zaś tę istotną zaletę, że przeszczepiane komórki będą w nikłym stopniu, jeżeli w ogóle, rozpoznawane przez układ immunologiczny biorcy. Komórki można by pozyskiwać poprzez wykonanie biopsji komórek skóry i ich reprogramowanie do komórek pluripotencjalnych. Takie komórki stanowiłyby także idealny materiał do indywidualnego doboru leków w terapii danego pacjenta.

Źródła:
1. Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda, and Shinya Yamanaka, Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors, Cell, published online 20.11.2007.
2. Yu J., Maxim A. Vodyanik, Kim Smuga-Otto, Jessica Antosiewicz-Bourget, Jennifer L. Frane, Shulan Tian, Jeff Nie, Gudrun A. Jonsdottir, Victor Ruotti, Ron Stewart, Igor I. Slukvin, James A. Thomson1, Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells, Science, published online 20.11.2007.
3. Masato Nakagawa, Michiyo Koyanagi, Koji Tanabe, Kazutoshi Takahashi, Tomoko Ichisaka,Takashi Aoi1, Keisuke Okita, Yuji Mochiduki, Nanako Takizawa1 & Shinya Yamanaka, Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts, Nature Biotechnology, published online 30.11.2007.
4. Personalizing pluripotency, Nature Reports Stem Cells Blog: The Niche, posted by Monya Baker on December 23, 2007. (http://blogs.nature.com/reports/theniche/2007/12/personalizing_pluripotency.html)
5. Human reprogramming changes everything, and nothing, Nature Reports Stem Cells Blog: The Niche, posted by Monya Baker on November 20, 2007. (http://blogs.nature.com/reports/theniche/2007/11/human_reprogramming_changes_ev.html)
6. ScienceDaily: Simple Recipe Turns Human Skin Cells Into Embryonic Stem Cell-like Cells, 20.11.2007. (http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071120095400.htm)
7. Q&A with Story Landis, head of the Stem Cell Task Force at the United States National Institutes of Health, , Nature Reports Stem Cells Blog: The Niche, posted by Monya Baker on December 17, 2007. (http://blogs.nature.com/reports/theniche/2007/12/qa_with_story_landis_head_of_t.html)