Tip:
Highlight text to annotate it
X
KOMÓRKI MACIERZYSTE - PRZYSZŁOŚĆ
KOMÓRKI iPS - WPROWADZENIE
Scenariusz i reżyseria: Amy Hardie, Clare Blackburn
Japoński lekarz i naukowiec dokonał jednego z najbardziej
zdumiewających odkryć naszego wieku.
Shinya Yamanaka badał komórki macierzyste
przez 10 lat.
Jego odkrycia zupełnie odmieniły nasze rozumienie ludzkiej biologii.
Shinya Yamakana to zarówno lekarz i naukowiec.
Szukał sposobów naprawy
nieuleczalnych urazów rdzenia kręgowego.
Byłem chirurgiem ortopedą.
20 lat temu nie miałem żadnego doświadczenia
w badaniach *** komórkami macierzystymi.
Jednak stykałem się z wieloma pacjentami
z urazami rdzenia kręgowego,
którzy nie mieli żadnych szans na leczenie.
To dlatego zająłem się pracą naukową.
Miałem nadzieję, że dzięki moim badaniom
pewnego dnia będę mógł pomóc moim pacjentom.
To pragnienie Yamanaki zaoowocowało
błyskotliwymi eksperymentami,
które rozszerzyły granice dotychczasowej wiedzy
i ujawniły coś nadzwyczajnego.
Istnieją dwa rodzaje komórek macierzystych.
Dorosłe, tkankowe komórki macierzyste
produkują komórki w obrębie własnej tkanki.
Komórki macierzyste krwi tworzą krew, a mięśni - mieśnie, itd.
Istnieje też inny typ komórek macierzystych zwany embrionalnymi.
Te komórki są pluripotencjalne,
czyli mogą się zarówno samoodnawiać
jak i różnicować się w każdy inny, dowolny typ komórek.
Dorosłe komórki macierzyste mają za zadanie
utrzymywać homeostazę danej tkanki i naprawiać ją.
Embrionalne komórki macierzyste reprezentują wczesną fazę rozwoju,
kiedy nie ma jeszcze mięśni, krwi, czy kości.
Nie ma jeszcze nic, oprócz komórek macierzystych.
Podczas rozwoju embrionu te pluripotencjalne komórki
stają się coraz bardziej wyspecjalizowane.
Tak przebiega rozwój organizmów. Gdyby komórki
mogły dowolnie się przekształcać powstałby ogromny chaos.
Shinya wiedział z eksperymentów w dziedzinie klonowania,
że kierunek przemian jest odwracalny i że dorosła komórka,
zwana wyspecjalizowaną, może wyprodukować komórkę embrionalną.
Nikt jednak nie wiedział jak zachodzi ten proces. Shinya postanowił
szukać wskazówek we wnętrzu komórki.
Wiedziałem, że komórki jajowe
lub embrionalne komórki macierzyste (ESC) zawierają czynniki,
które mogą przekształcić komórki skóry z powrotem do stanu embrionalnego.
Postanowiliśmy zidentyfikować te czynniki.
Naukowcy nie wiedzieli
gdzie ich szukać i które okażą się decydujące.
Shinya zaczął od podstaw,
studiując biologię komórek i ich charakterystyczne właściwości.
Wiedzieliśy, że każda komórka organizmu posiada coś,
co decyduje o tym, jakiego typu tkankę utworzy.
Zakodowaną tożsamość.
Są to geny znajdujące się w jądrze komórkowym.
Jądro każdej komórki zawiera 23 pary chromosomów
zbudowanych z długich łańcuchów DNA.
Geny to odcinki DNA,
zawierające instrukcję, jak zbudować poszczególne białka.
Te białka, nazywane przez naukowców czynnikami transkrypcyjnymi,
nadają komórkom charakterystyczne właściwości.
Geny w każdej komórce są identyczne,
ale np. w skórze aktywne są tylko geny
produkujące specyficzne dla skóry proteiny.
Aktywne geny znajdują się w rozwiniętych, dostępnych regionach chromosomów.
Pozostałe geny, potrzebne do stworzenia wątroby, serca czy komórki embrionalnej
są nieaktywne, ściśle splecione i niedostępne.
Shinya Yamanaka zrobił rzecz nadzwyczajną:
zakwestiononował, że komórka musi pozostać wyspecjalizowana.
Czy w laboratorium można zmusić wyspecjalizowaną komórkę
aby cofnęła się do stanu embrionalnego?
Czy te same białka, które utrzymują pluripotencjalność
embrionalnych komórek macierzystych
mogłyby zmienić tożsamość wyspecjalizowanej komórki?
Shinya zaczął od stworzenia listy ponad 100 białek.
Nie wiedział, czy działają one indywidualnie, czy w grupach,
co dałoby ponad milion możliwości.
Przy pomocy programu komputerowego
Yamanaka zawęził listę do 24 prawdopodobnych kandydatów.
Zajęło mu to wiele lat.
Następnym krokiem było wyodrębnienie
decydujących czynników.
Ustalił,
że z 24 tylko 4 odgrywają kluczową rolę.
Użył czterech czynników,
które zwykle działają wspólnie tylko w komórkach macierzystych
i wszczepił je do komórek skóry.
W procesie, którego nadal nie rozumiemy, chromosomy zaczęły się rozwijać.
Czynnki Shinyi związały się z genami,
produkującymi białka komórek ESC.
Białka o nazwach Oct4, Sox2, Klf4 i c-Myc
zagłuszyły sygnały wysyłane przez geny skóry,
sprawiając, że komórka zareagowała tak, jakby była w środowisku embrionalnym.
Przy podziale przeprogramowane komórki
upodobniają się do komórek ESC,
aż stają się są nie do rozróżnienia.
W tym stadium mają zdolność stworzenia dowolnej komórki organizmu.
Udało mi się udowodnić,
że można cofnąć rozwój komórki skóry z powrotem do etapu embrionalnego.
Możemy otrzymać komórki macierzyste z komórek skóry.
Wystarczy dodać trzy lub cztery
czynniki do komórek skóry. To wszystko.
Z embrionalnych komórek macierzystych
potrafimy otrzymać dowolną komórkę ludzkiego ciała.
Jednak w tym celu
nieuniknione jest zniszczenie embrionu.
Używając naszej technologii
nie musimy sięgać po embriony.
Otrzymujemy embrionalne komórki macierzyste (ESC)
bezpośrednio ze skóry.
Yamanaka stworzył nowy rodzaj komórki pluripotencjalnej,
nazwany indukowaną komórką macierzystą lub komórką iPS.
Pierwszy dowód przeprowadził na komórkach myszy
ale szybko potwierdził go w komórkach ludzkich.
To rewolucyjne odkrycie.
Yamanaka udowodnił, że można cofnąć rozwój komórki skóry
i przekształcić ją w dowolną inną komórkę.
Lecz nie tylko komórki skóry,
ale każda dorosła komórka może być przekształcona w komórkę iPS.
Publikacja tego odkrycia zelektryzowała naukowców
na całym świecie.
Moim zdaniem Yamanaka dokonał
jednego z najważniejszych odkryć naukowych
naszych czasów,
które zrewolucjonizowało
naszą wiedzę na temat rozwoju embrionalnego.
Dotychczas uczono nas,
że embriogeneza jest procesem nieodwracalnym.
To okazało się nieprawdą.
Nasza definicja rozwoju była mylna.
Rozwój embrionalny nie jest jednokierunkowy.
Musimy być bardziej
elastyczni w wyobrażeniu o możliwościach biologii.
Shinya Yamanaka jako jedyny wierzył,
że można przeprogamować dorosłą komórkę używając wyłącznie kilku białek.
Inni naukowcy wkrótce potwierdzili odkrycie Shinyi.
Najpierw usuwamy pożywkę,
której używamy do hodowli komórek skóry.
Potem dodajemy nową pożywkę zawierającą czynniki reprogramujące.
Po kilku tygodniach powinniśmy w tym naczyniu otrzymać komórki iPS.
Już kilka dni po dodanu czynników do komórek skóry,
można zaobserwować kolonie komórek.
Tu widać dwa przykłady.
Te komórki nie tylko wyglądają jak komórki macierzyste,
ale także zyskały właściwości komórek ESC.
Droga do zastosowania w medycynie komórek macierzystych stanęła otworem.
Indukowane pluripotencyjne komórki macierzyste (iPS) to nowy typ komórek.
Dają szansę na leczenie wielu chorób
i potencjalną regenerację całego organizmu.
Najważniejszą rożnicą
pomiędzy komórkami iPS i ESC
jest możliwość uzyskania komórek iPS
bezpośrednio od pacjenta.
Więc są one genetycznie identyczne
z komórkami pacjenta. Jeśli z komórki iPS wyprodukujemy
komórki potrzebne do przeszczepu,
nie zostanie on odrzucony.
Układ immunologiczny ich nie rozpozna.
To nowa możliwość
uzyskania wyspecjalizowanych komórek np. z komórek skóry pacjenta
i przekształcenia ich w komórki mózgowe, produkujące insulinę,
czy w komórki serca,
które można dostarczyć pacjentom
bez ryzyka odrzucenia przeszczepu.
Mechanizm przemiany w komórki iPS pozostaje dla nas nadal zagadką.
Proces technicznie jest prosty, ale nie zawsze przebiega prawidłowo.
W niektórych komórkach zachodzą nieoczekiwane zmiany genetyczne.
Naukowcy pracują *** otrzymaniem idealnych komórek iPS,
które byłyby bezpieczne dla pacjentów.
Chociaż komórki iPS pozwalają uzyskać
komórki pluripotencjalne bez użycia embrionów,
co niweluje pewne obawy natury etycznej,
ale generują równocześnie nowe potencjalne problemy.
Chciałem uniknąć używania ludzkich embrionów
i sądzę,
że nam się to udało,
ale kiedy dotarliśmy do celu
zrozumiałem,
że stworzyliśmy
nowy problem natury etycznej.
Nikt nie przewidział,
że teoretycznie z komórki iPS może powstać plemnik i komórka jajowa.
Mogłyby więc zostać użyte do produkcji embriona
zdolnego do inicjacji ciąży.
Czyli w przyszłości można by teoretycznie stworzyć człowieka
z kawałka skóry.
Czy należy więc wstrzymać badania? Na to już za późno.
Wyprodukowanie komórek iPS jest stosunkowo łatwe dla każdego naukowca.
Jak w przypadku każdej, nowej technologii musimy rozważyć
wszystkie za i przeciw.
Przykładowo badania *** stworzeniem plemników
i komórek jajowych z komórek iPS
mogą być zbawienne dla niepłodnych par.
Naukowcy wierzą, że komórki iPS
to początek nowej ery w badaniach komórek macierzystych,
pozwalającej kontrolować tożsamość komórek.
Oczekują, że komórki iPS staną się narzędziem studiów
*** zachowaniem zdrowych jak i chorych komórek,
umożliwią testowanie leków, przykładowo na chorobę Parkinsona,
na komórkach ludzkich hodowanych laboratoryjnie.
Być może dowiemy się, dlaczego komórki obumierają
w degeneracyjnych chorobach typu Alzheimer.
Główny problem w produkcji nowych leków
to dopuszczenie ich do testów na ludziach
dopiero na ostatnim etapie ich powstania.
Zwykle ten etap poprzedzają długie, czasem nawet ośmioletnie badania
*** indywidualnym lekiem.
Używajac komórek ludzkich w początkowym etapie badań
moglibyśmy wyeliminowac leki nieskuteczne dla komórek ludzkich.
Myślę, że ułatwi to powstawanie nowych leków
i przyspieszy proces dopuszczenia ich do użytku.
Już dokonała się rewolucja w badaniach chorób dziedzicznych.
Te bijące komórki serca zostały stworzone
z komórek pobranych z policzka 36-letniej kobiety.
Kiedy je zobaczyłem, również moje serce zabiło szybciej.
To przełomowy moment w badaniach *** komórkami macierzystymi
od momentu ich odkrycia w 1981 roku.
Jestem przekonany, że przejdzie on do historii
jako jedno z najdonośniejszych odkryć naszych czasów.
Napisy: SUBS Hamburg, Tamara Zolling Martyna Popis, Agnieszka Wabik