Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste przyszłością w terapii mukowiscydozy?

Autor
Oddech Życia

Inżynieria genetyczna w służbie nauki – jak i po co „cofnąć komórkę w rozwoju”?

Wykorzystywane do badań naukowych hodowle komórkowe są bardzo przydatnym narzędziem do testowania efektywności związków, mogących stać się potencjalnymi lekami w wielu chorobach. Niestety nie każdy wynik uzyskany w tego typu badaniach przekłada się na faktyczny efekt terapeutyczny badanej substancji w organizmie żywym. Wynika to z faktu, iż hodowle komórkowe są modelem uproszczonym, w którym możemy badać efekt działania substancji tylko na poziomie komórkowym (np. wpływ potencjalnego terapeutyku na śmiertelność komórek nowotworowych). Nie możemy jednak uwzględnić oddziaływania na siebie poszczególnych narządów, układów, substancji takich jak hormony, czy też działania układu odpornościowego.

Niemniej jednak hodowle komórkowe stanowią obecnie pierwszy etap w testowaniu leków, zanim zostanie on podany zwierzętom laboratoryjnym, czy też w trakcie badań klinicznych – samym pacjentom. Żeby zapewnić optymalne warunki wzrostu, komórki hoduje się w specjalnych naczyniach umożliwiających zachowanie sterylności i równocześnie wymianę gazową. Odżywia się je cyklicznie wymieniając tzw. medium hodowlane (pożywkę), które jest bogate w substancje odżywcze. Aby uzyskać warunki wzrostu takie jak w organizmie żywym naczynia z komórkami przechowuje się w cieplarkach zapewniających im optymalną temperaturę.

W przypadku badań nad mukowiscydozą w hodowli utrzymuje się komórki ze zmutowanymi wariantami genu CFTR. Dojrzałe komórki, które uzyskuje się od pacjentów mają jednak ograniczoną żywotność w hodowli. Po pewnym czasie przestają się mnożyć i umierają. Biotechnologia umożliwia już wprawdzie „unieśmiertelnienie” dojrzałych komórek (a zatem podtrzymanie zdolności podziałów i w ten sposób powstawanie potomnych pokoleń komórek), jednak wtedy mogą różnić się one pewnymi właściwościami od komórek pierwotnie pobranych od pacjenta. Jedynymi komórkami, które w hodowli wykazują nieśmiertelność bez ingerencji naukowców, są komórki nowotworowe i macierzyste. Komórki macierzyste, nie tylko mogą dzielić się i dawać nowe pokolenia komórek macierzystych, ale też mogą dawać początek, czyli różnicować się, w komórki różnych tkanek. Zależy to od wielu specyficznych warunków oddziaływujących na komórkę macierzystą.

Odkrycie, że w pełni dojrzałe komórki, można odróżnicować („cofnąć w rozwoju”) do stadium komórek macierzystych, zostało uhonorowane Nagrodą Nobla w 2012. Jej laureat – Shin’ya Yamanaka – wykorzystując techniki inżynierii genetycznej wprowadzili do komórek cztery czynniki, a uzyskane komórki macierzyste nazwał indukowanymi pluripotencjalnymi(1) komórkami macierzystymi (iPSC). Co najważniejsze, komórki iPSC są prawie nie do odróżnienia od embrionalnych komórek macierzystych. Ich pozyskanie nie budzi jednak takich wątpliwości natury etycznej jak komórek pochodzących z ludzkich embrionów.

Komórki iPSC mogą stanowić wspaniały model badawczy chorób o podłożu genetycznym, takich jak choćby mukowiscydoza. Możliwe jest bowiem pozyskanie od pacjenta np. komórek skóry, cofnięcie ich w laboratorium do stadium komórek macierzystych i różnicowanie do komórek innej tkanki, niż ta z której je pozyskano. Obecnie w laboratoriach na całym świecie prowadzi się liczne badania mające na celu różnicowanie iPSC. Udało się już wyprowadzić z nich dojrzałe komórki bardzo wielu tkanek. Hodowla komórek iPSC i ich różnicowanie do komórek innych tkanek (istotnych z punktu widzenia danej jednostki chorobowej), może więc dużo powiedzieć o ich biologii i roli zmutowanych wariantów genów w różnych procesach. Najważniejsze jest to, że mogą one służyć do badań nad poszukiwaniem nowych leków i bezpieczeństwem tych substancji.

W przyszłości dzięki inżynierii genetycznej możliwe będzie stworzenie modeli komórkowych mukowiscydozy (np. komórek dróg oddechowych z różnymi wariantami mutacji w genie CFTR). Jest to szczególnie ważne, gdyż znanych jest blisko 2000 wariantów genu CFTR, z czego około 130 jest przyczyną choroby. Ponadto pacjenci z mukowiscydozą w większości posiadają kombinację dwóch odmiennych mutacji genu CFTR, dlatego trudno jest w tradycyjny sposób pozyskać od pacjentów komórki z różnymi kombinacjami mutacji w dużych ilościach. Dzięki nowym odkryciom, można by rozpocząć hodowle komórek z wieloma rodzajami mutacji na dużą skalę. Daje to możliwość porównania działania leków na komórkach z rożnymi wariantami zmian w DNA, co odzwierciedla w pewnym stopniu różnice w skuteczności tych samych terapeutyków u osób z odmiennymi mutacjami. Komórki iPSC można długo mnożyć zanim wyprowadzi się z nich dojrzałe komórki. Dzięki temu można uzyskać wystarczającą ilość komórek np. dróg oddechowych potrzebnych do testowania leków, co wcześniej nie byłoby możliwe. Dla przykładu, w przypadku mukowiscydozy po uzyskaniu z iPSC komórek dróg oddechowych można by testować wpływ potencjalnych leków na wytwarzanie przez te komórki śluzu.

Umiejętność odróżnicowywania komórek do stadium komórek macierzystych może w przyszłości skutkować pozyskiwaniem komórek iPSC indywidualnie dla każdego pacjenta i umożliwić testowanie potencjalnych terapeutyków in vitro (poza organizmem), a następnie podawanie pacjentom specjalnie dla nich dobranych leków. Nie jest to nierealne marzenie optymistów, gdyż w erze już stosowanej (!) spersonalizowanej terapii niektórych chorób nowotworowych, taka strategia może kiedyś stać się standardowym postępowaniem terapeutycznym. Odkrycia opisane w artykule, mimo iż dopiero zapoczątkowały erę badań z wykorzystaniem iPSC, mogą przynieść wymierne korzyści już dziś. Stworzenia banków komórek iPSC z różnymi wariantami mutacji genu CFTR mogłoby przyspieszyć typowanie substancji do przetestowania w tradycyjnych badaniach klinicznych.

1) Wyróżnia się wiele klas komórek macierzystych. Komórki pluripotencjalne wykazują zdolność różnicowania się we wszystkie klasy komórek organizmu poza komórkami łożyska.

Źródło: Pluripotent stem cells for disease modeling and drug screening: new perspectives for treatment of cystic fibrosis? Ulrich Martin Molecular and Cellular Pediatrics (2015) 2:15

Fot.  Nissim Benvenisty – Russo E. (2005) Follow the Money—The Politics of Embryonic Stem Cell Research. PLoS Biol 3(7): e234. doi:10.1371/journal.pbio.0030234 (CC BY 2.5)

Agata Giżycka

Kategorie:
Nauka

Napisz komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.

Udostępnień