Visa tiesa apie kamienines ląsteles (2)(2)

  Pradžia – Visa tiesa apie kamienines ląsteles (1)

 Vienas pirmųjų metodų, kuriais išgautos kamieninės ląstelės, buvo pagrįstas virusais, įterpiančiais reikiamus genus į ląstelę. Čia glūdi antrasis pavojus: teoriškai virusai gali aktyvinti kitus vėžio atsiradimą skatinančius genus arba paveikti bet kokių nepageidaujamų genų ekspresiją.

Žingsniai pirmyn

Kyoto mokslininkų grupė 2008 metais paskelbė apie naują techniką nenaudojant virusų. Jie vietoje virusų pasitelkė į pagalbą plazmides – žiedines DNR molekules, kurios gali pernešti genetinę informaciją tarp ląstelių. Tačiau ir čia išliko pavojus, kad plazmidė įsiterps į ląstelės genomą netinkamoje vietoje ir suaktyvins nereikalingus ar pavojingus genus.

Praėjo dar metai, ir šis trūkumas buvo pašalintas naudojant tik plazmides, kurias galima pašalinti iš ląstelės, arba į ląstelės genetinę medžiagą nesiintegruojančius vektorius.

Per pastaruosius metus pažengta dar toliau siekiant galutinai atsisakyti manipuliacijų genais ir skatinant ląstelę tapti pliuripotentine ją paveikiant cheminėmis medžiagomis ir vaistais. Šiandien jau įmanoma taip paveikti ląstelę cheminiais signalais ir aplinkos terpėmis, kad ji tampa pliuripotentine beveik be genų perkėlimo procedūrų. Tik vieną transkripcijos faktorių, vadinamą Oct3/4, tebėra būtina aktyvuoti šia technika.

Indukuotos kamieninės ląstelės yra išskirtinės: kaip embrioninės ląstelės, jos yra pliuripotentinės, tačiau, kita vertus, jos jau yra ir diferencijuotos. Šiuo metu tiriama, ar šios ląstelės išlaiko genetinę atmintį iš savo praėjusių „gyvenimų“, kuriuos jos buvo kepenyse, odoje ar gleivinėje. Nauji tyrimai rodo, jog ši informacija egzistuoja epigenetinių žymenų forma. Šie žymenys yra metilo ir acetilo grupės, prisijungiančios prie DNR ir aktyvinančios ar slopinančios tam tikrus genus. Besidiferencijuodamos ląstelės įgauna šiuos epigenetinius žymenis, o grįždamos atgal į kamieninės ląstelės būklę, kai kuriuos žymenis išlaiko. Tik atradus būdus šiuos žymenis pašalinti bus galima teigti, jog indukuotos kamieninės ląstelės lygiavertės embrioninėms kamieninėms ląstelėms.

Kamieninių ląstelių pritaikymas medicinoje

Vienas iš pagrindinių tikslų pritaikant kamienines ląsteles medicinoje yra jų transplantacija ligoniams. Tačiau jau minėta vėžio atsiradimo rizika ir kiti pavojai skatina ieškoti kitų kelių. Paprasčiausia būtų išvengti pliuripotentinės ląstelės transplantacijos ligoniui, šitaip sumažinant riziką iki nulio. Idealu būtų apskritai neatlikti transplantacijos, o paskatinti jau diferencijuotas vienos rūšies ląsteles virsti reikalingomis kitos rūšies ląstelėmis. Šis procesas, vadinamas transdiferenciacija,

aktyviai tyrinėjamas. 2008 m. Q. Zhou ir D. Melton iš Harvardo universiteto eksperimentuodami su pelytėmis sugebėjo tai atlikti. Jie kasos ląstelę, kuri išskiria virškinimo fermentus, pavertė kasos ląstele, sintetinančia insuliną. Būtent šias ląsteles praranda pirmojo tipo cukriniu diabetu sergantys pacientai. Tai didžiulis pasiekimas jau vien todėl, kad transdiferenciacija atlikta ne laboratorinėje lėkštelėje, o gyvame organizme.

Tačiau tai buvo palyginti nedidelis žingsnis, 2010 metais Stanford universiteto tyrėjų grupė, vadovaujama M. Wernig, pavertė pelytės fibroblastus į neuronus. Dar po metų jiems pavyko tą patį atlikti su žmogaus ląstelėmis. Praėjusiais metais kitai mokslininkų grupei žmogaus fibroblastą pavyko paversti dopaminą sintetinančia nervų sistemos ląstele. Būtent šių ląstelių praradimas sukelia Parkinsono ligą.

Tyrinėjamos ir suaugusiame organizme esančios kamieninės ląstelės. Čia situaciją apsunkina tai, kad jos pavieniai išsisklaidžiusios po visą organizmą, todėl labai sunku jas surinkti ir analizuoti. Kita vertus, jau keletą dešimtmečių vykdomos medicininės procedūros, kuriose šios ląstelės atlieka centrinį vaidmenį: kaulų čiulpų kamieninių ląstelių transplantacijos bei odos transplantacijos. Suaugusių kamieninių ląstelių yra kiekviename organe, todėl reikia surasti būdus, kaip kontroliuoti šių ląstelių augimą ir priversti jas atkurti pažeistus audinius ir organus. Jei pacientą ištiko širdies infarktas, idealiu atveju širdies kamieninės ląstelės turėtų atkurti pažeistą širdies raumens plotą. Tačiau natūraliomis sąlygomis tai neįvyksta,  atsikuria tik nedidelė pažeisto audinio dalis. 2011 metais atrastas baltymas, kuris suaktyvina kamienines miokardo ląsteles, galbūt šis atradimas padės pasitelkti į pagalbą kamienines ląsteles.

JAV Morgridge instituto mokslininkė Nirupama Shevde neseniai žurnale “Nature” paskelbė apie savo atliekamus tyrimus su kaulo ir kremzlės ląstelėmis. Auginant kamienines ląsteles tiesiog skystose mitybinėse terpėse iš jų ima formuotis trys gemaliniai lapeliai, ląstelės ima diferencijuotis. Po to jos paveikiamos augimo faktoriais ir šitaip paskatinamos virsti tam tikros rūšies tarpiniu audiniu – mezenchima. Mezenchimos ląsteles veikiant įvairiomis cheminėmis medžiagomis jos toliau skatinamos vystytis į kaulą, kremzlę ar kitą audinį. Toliau siekiant tirti ląsteles gyvame organizme, jos dar galutinai nesidiferencijavusios suleidžiamos tiriamosioms pelytėms. Suleistos į pažeistą kaulą ar kremzlės audinį šios ląstelės gali atkurti pažeidimus, tokie tyrimai šiuo metu vykdomi su gyvūnais.

 „Receptų“, kaip pakreipti kamieninės ląstelės vystymąsi, paieška

Paskutiniaisiais metais mokslininkams pavyko atrasti gausybę „receptų“, kaip pakreipti kamieninės ląstelės vystymąsi viena ar kita kryptimi. Šiandien įmanoma iš jos gauti raumens, kepenų, širdies, smegenų ir įvairias kitas ląsteles. Dar daugiau, surasti būdai, kaip pakenkti ląstelei jos diferenciacijos metu, šitaip išgaunant nevisavertes „susirgusias“ ląsteles. Tokie tyrimai leidžia palyginti sveiką ir ligotą ląstelės „versijas“ ir surasti naujus gydymo būdus. Tirti atskiras ląsteles daugeliu atžvilgių saugiau ir paprasčiau, negu tyrimus taikyti pacientams.

Wisconsin-Madison universitete Allison Ebert vadovaujama mokslininkų grupė tiria ligą, vadinamą spinaline raumenų atrofija. Šią ligą sukelia motorinių neuronų praradimas, dėl to susilpnėja raumenų funkcija ir pacientas palaipsniui paralyžiuojamas. Mokslininkams pavyko sukurti indukuotas kamienines ląsteles iš šia liga sergančio ligonio ląstelių, po to iš jų išauginti motoriniai neuronai. Tokiu pat metodu buvo sukurtos kamieninės ląstelės iš paciento motinos, kuri nesirgo šia liga,

ir taip pat paverstos neuronais. Mokslininkai palygino ligonio ir jo motinos motorinius neuronus ir nustatė genetinius pakitimus paciento ląstelėse, kurių nebuvo sveikos motinos neuronuose. Tokių tyrimų atlikti su pacientais nebūtų įmanoma. Panašūs tyrimai buvo atlikti ir su kita reta nervų sistemos liga - šeimine disautonomija. Su tokiais metodais gautomis ligos paveiktomis ląstelėmis galima išbandyti šimtus vaistų, o tai nebūtų etiška eksperimentuose su gyvais pacientais ir labai brangu su gyvūnais.

Harvardo universiteto kamieninių ląstelių institutas jau sukūrė kelias dešimtis „ligotų“ ląstelių  kultūrų, tarp jų pirmojo tipo cukrinio diabeto, Dauno sindromo, raumenų distrofijos. Šios ląstelės yra lengvai pasiekiamos norintiems jas tyrinėti mokslininkams. Kita institucija, kaupianti įvairių ligų ląstelių kultūras, yra New Jersey esantis Coriell institutas. Čia jau galima gauti Hantingtono chorėjos ląstelių.

Iš kamieninių ląstelių užauginti audiniai ir organai naudojami ir farmacijos pramonėje. Tiriant vaistų efektyvumą svarbu pastebėti ir nepageidaujamus ir toksinius jų poveikius. Iš kamieninių ląstelių užauginti audiniai paveikiami eksperimentiniais preparatais ir tiriama, ar vaistai nepažeidžia ląstelių ir nesutrikdo jų funkcijos. Šitaip pirmųjų fazių vaistų tyrimai atliekami kur kas greičiau ir saugiau, nei naudojant gyvūnus ar savanorius pacientus.

Svarbiausia- užtikrinti saugumą

Medicinoje kamieninės ląstelės gali būti taikomos pačių įvairiausių ligų gydymui. Šiuo metu reikia užtikrinti, kad gydymas kamieninėmis ląstelėmis būtų saugus, kad ląstelės patektų ten, kur jos reikalingos, nesukeltų organizme imuninių atmetimo reakcijų ir nevirstų piktybinėmis vėžio ląstelėmis. Neatsitiktinai pirmieji tyrimai vykdomi su jau minėta makulos degeneracija sergančiais pacientais. Akis yra gerai  izoliuotas organas, kuriame silpnos imuninės reakcijos, ląstelių atmetimo pavojus čia minimalus. Tyrimuose su makulos degeneracija sergančiomis pelytėmis į tinklainę suleistos kamieninės ląstelės pagerino jų regėjimą. Šiuo metu jau vykdomi pirmieji tyrimai su keliomis dešimtimis pacientų.

Kita kryptimi vykdo tyrimus Geron kompanija, bendradarbiaudama su Kalifornijos universiteto mokslininkais. Hans Keirstead vadovaujama darbo grupė bando iš kamieninių ląstelių užaugintais neuronais gydyti nugaros smegenų pažeidimus po traumų. Didžiausia problema gyjant pažeistoms nugaros smegenims yra tai, jog nervinių ląstelių ataugos nebesugeba atkurti išorinio sluoksnio, kuris sudarytas iš baltymo mielino. Supaprastintai nervą galima palyginti su elektros laidu, šiuo atveju mielino sluoksnis atitiktų laido izoliaciją, o neurono atauga – centrinę laidžiąją dalį. Mielino sintezę vykdo ne pačios nervinės ląstelės, o jų aplinkoje esančios ląstelės, vadinamos oligodendrocitais. Mokslininkų tikslas yra iš kamieninių ląstelių užauginti oligodendrocitus, kurie patekę į pažeistas smegenų sritis atkurtų nervinių ląstelių ataugų dangalus. Tuo pat metu suleidžiant tam tikrų augimo faktorių galima skatinti neuronus atkurti ataugas, taigi pažeistos smegenys regeneruotų. Po keletą metų trukusių bandymų mokslininkams pavyko, ir nugaros smegenų traumą turinčios žiurkės po gydymo pradėjo judėti. Šiuo metu komanda vykdo tyrimus su pirmaisiais pacientais.

Norint sumažinti ląstelių atmetimo riziką, prasmingiausia gydymui naudoti paties ligonio ląsteles. Šiuo metu vyrauja tendencijos iš paciento paėmus ląsteles ištaisyti jose esantį defektą, kuris sukelia ligą, ir implantuoti atgal ligoniui. Jau pavyko tai atlikti pjautuvine anemija sergančioms pelytėms: Cambridge Whitehead institute R. Jaenisch vadovaujama grupė pelyčių ląstelėse esantį geno defektą ištaisė ir iš jų sukūrė

kamienines ląsteles, kurios gali išgydyti sergančias pelytes.

Nepaisant visų atradimų, klausimų šiandien lieka kur kas daugiau nei atsakymų. Kol kamieninės ląstelės taps saugiu ir plačiai taikomu gydymo metodu, praeis dar ne vieneri metai, tačiau šviesa šio tunelio gale jau matyti. Kiekvieną dieną tai, kas neįmanoma, gali tapti įmanoma.

Jonas Korsakas

Naudota medžiaga

Shevde N., Stem Cells: Flexible friends. Nature  483

Thomson, J. A. et al. Science 282, 1145–1147 (1998).

Takahashi, K. et al. Cell 131, 861–872 (2007).

Soldner, F. et al. Cell 136, 964–977 (2009).

Ebert, A. D. et al. Nature 457, 277–280 (2009).