Przełom w medycynie regeneracyjnej. Komórki cofnięto o... 30 lat!

Z wiekiem zdolność funkcjonowania komórek maleje, a w genomie akumulują się ślady starzenia. Medycyna regeneracyjna ma na celu naprawę lub zastąpienie uszkodzonych lub przestarzałych komórek. Jednym z jej najważniejszych narzędzi jest możliwość tworzenia indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC). Proces ten jest wieloetapowy i wymazuje pewne cechy specjalizacji komórek. Teoretycznie, iPSC mogą przekształcić się w dowolny typ komórek, ale naukowcom do tej pory nie udało się odtworzyć warunków różnicowania komórek macierzystych.

Metoda opracowana w Instytucie Babrahama pozwala przezwyciężyć problem całkowitego "wymazania toższamości" komórek poprzez zatrzymanie przeprogramowania na pewnym konkretnym etapie. Pozwala to naukowcom na znalezienie równowagi między przeprogramowaniem komórek (dzięki czemu są biologicznie młodsze), a jednoczesnemu zachowaniu swoich wyspecjalizowanych funkcji.

W 2007 r. Shinya Yamanaka był pierwszym naukowcem, któremu udało się przekształcić normalne komórki (o określonych funkcjach) w komórki macierzyste, które mają zdolność do transformacji w dowolny typ komórek. Pełby proces przeprogramowania trwa ok. 50 dni i wykorzystywane są w nim cztery cząsteczki zwane czynnikami Yamanaki.

W nowej metodzie, nazwanej przejściowym przeprogramowaniem w fazie dojrzewania, komórki są poddawane działaniu czynników Yamanaki przez zaledwie 13 dni. W tym casie, zostają usunięte zmiany związane ze starzeniem i komórki częściowo tracą swoją tożsamość. Nie dochodzi jednak do pełnego przeprogramowania komórek. Analiza genomu wykazała, że komórki poddane temu procesowi odzyskały markery charakterystyczne dla fibroblastów (komórek skóry), co potwierdzono produkcją kolagenu.

- W ciągu ostatniej dekady dokonał się postęp w naszym rozumieniu starzenia się na poziomie molekularnym, dzięki czemu powstały techniki pozwalające badaczom mierzyć zmiany biologiczne związane z wiekiem w ludzkich komórkach. Mogliśmy to zastosować w naszym eksperymencie, aby określić stopień przeprogramowania, jaki osiągnęliśmy dzięki naszej nowej metodzie - dr Diljeet Gill, postdoc w laboratorium Wolfa Reika w Instytucie Babrahama, który prowadził badania.

Naukowcy przyjrzeli się wielu miarom wieku komórkowego. Pierwszą z nich jest zegar epigenetyczny, w którym znaczniki chemiczne obecne w całym genomie wskazują wiek. Drugim jest transkryptom, czyli wszystkie odczyty genów wytwarzane przez komórkę. Pod względem tych dwóch miar przeprogramowane komórki odpowiadały profilowi komórek młodszych o 30 lat w porównaniu z referencyjnymi zestawami danych.

Potencjalne zastosowania tej techniki zależą od tego, czy komórki nie tylko będą wyglądały, ale też funkcjonowały jak młodsze. Fibroblasty wytwarzają kolagen - białko występujące w kościach, skórze, ścięgnach i więzadłach, która pomaga w tworzeniu struktury tkanek i gojeniu się ran. Odmłodzone fibroblasty produkowały więcej kolagenu w porównaniu z komórkami kontrolnymi, które nie zostały poddane procesowi przeprogramowania. Fibroblasty przemieszczają się również do obszarów, które wymagają naprawy.

Naukowcy przetestowali częściowo odmłodzone komórki, tworząc sztuczne nacięcie w warstwie komórek w naczyniu. Stwierdzili, że fibroblasty poddane działaniu preparatu przemieszczały się do szczeliny szybciej niż starsze komórki. Jest to obiecujący znak, że pewnego dnia badania te będzie można wykorzystać do stworzenia komórek, które lepiej radzą sobie z gojeniem ran.

W przyszłości badania te mogą również stworzyć inne możliwości terapeutyczne - nowa metoda miała również wpływ na inne geny związane z chorobami i objawami związanymi z wiekiem.

- Nasze wyniki stanowią duży krok naprzód w naszym rozumieniu przeprogramowywania komórek. Udowodniliśmy, że komórki mogą być odmładzane bez utraty swoich funkcji, a odmładzanie polega na przywracaniu funkcji starym komórkom. Fakt, że zaobserwowaliśmy również odwrócenie wskaźników starzenia się w genach związanych z chorobami, jest szczególnie obiecujący dla przyszłości tej pracy - podsumował dr Diljeet Gill.