Kaip kraujo lašą paversti universalia ląstele: kamieninių ląstelių revoliucinės cheminės medžiagos

Iki šiol norint suaugusią ląstelę paversti pluripotentine ląstele (galinčia tapti bet kokio tipo audiniu), reikėjo į ją įvesti „Yamanaka faktorius“ naudojant virusus arba DNR plazmides. Dabar JAV, Japonijos ir Prancūzijos tyrėjai, vadovaujami dr. Feng Peng, įrodė, kad žmogaus periferinio kraujo ląstelėms perprogramuoti į chemiškai indukuotas pluripotentines kamienines (hCiPS) ląsteles pakanka vos kelių mažų organinių molekulių. Tyrimas paskelbtas žurnale „ Cell Stem Cell“.

Kodėl tai svarbu?

• Saugumas. Virusinių vektorių ir svetimų genų nebuvimas sumažina mutacijų ir imuninio atmetimo riziką.
• Universalumas: Kraujas yra prieinamas šaltinis: nereikia imti odos ar kitų audinių biopsijų.
• Greitis. Tik 12–14 dienų, o ne kelias savaites ar mėnesius, kaip naudojant klasikinį metodą.
• Perkeliamumas. Chemines medžiagas lengva standartizuoti ir gaminti pagal GMP standartus.

Dviejų pakopų cheminio įsilaužimo protokolas

1. Didelio plastiškumo stadija (plastiškumo būsena).

   • Kraujo ląstelės (mononuklearinės ląstelės) kultivuojamos terpėje su šešiomis mažomis molekulėmis (pavadinkime jas TNT kompleksu). Tarp jų:

     • GSK3β ir MEK inhibitoriai,

     • Wnt signalizacijos moduliatoriai,

     • HDAC inhibitoriai,

     • Specifiniai SIRT1 agonistai.

   • Per 6–8 dienas ląstelės praranda savo „kraujo“ žymenis ir įgyja labai plastiško epitelio savybes, pasiruošusias aktyvuoti pluripotentinius genus.

2. Pluripotencijos konsolidacijos etapas.

   • Pridedamos dvi papildomos molekulės, kurios stimuliuoja endogeninę OCT4, SOX2 ir NANOG genų, pagrindinių pluripotencijos „pagrindinių reguliatorių“, aktyvaciją.

   • Per kitas 4–6 dienas susidaro stabilios hCiPS ląstelių kolonijos su kamieninių ląstelių morfologija ir TRA-1-60 bei SSEA-4 žymenų raiška.

Ką mokslininkai gavo?

• Efektyvumas: iki 0,1 % pradinių kraujo ląstelių suformuoja pilnavertes hCiPS kolonijas – palyginamas su tradiciniais virusiniais metodais.
• Funkcionalumas: hCiPS ląstelės gali transformuotis į visus tris embriono gemalo sluoksnius: neuronus, kardiomiocitus, kepenų ląsteles, kasos β ląsteles ir kt.
• Jokių likusių „cheminių pirštų atspaudų“: gilus sekvenavimas neparodė egzogeninės DNR integracijos ir epigenetinės būsenos, artimos embrioninėms kamieninėms ląstelėms.

Medicinos perspektyvos

1. Hematopoetinė regeneracija. Autologinės hCiPS ląstelės gali būti nukreiptos atgal į hematopoetinę liniją, atkuriant dešimtis imuninių ir kraujo ląstelių tipų leukemijų ir imunodeficito atvejais.
2. Organoidai ir transplantacija. Laboratorijoje iš hCiPS ląstelių išaugintos mini širdelės, kepenys ar kasos bus naudojamos kaip ligų modelis ir transplantacijos šaltinis be atmetimo rizikos.
3. Vaistų testavimas. Asmeniniai ligos modeliai, pagrįsti hCiPS, leis „atkartoti“ ligą iš kraujo juostoje paimto mėginio ir parinkti optimalų gydymą.
4. Kosmetinė ir neurodegeneracinė medicina. Kryptinga hCiPS ląstelių diferenciacija į odos kamienines ir neuronines sistemas siūlo naujus psoriazės, Alzheimerio ir Parkinsono ligų gydymo būdus.

Kas toliau?

• Efektyvumo gerinimas. Mažų molekulių sudėties ir kultivavimo sąlygų optimizavimas, hCiPS kolonijų išeigos didinimas.
• Saugumas ir ilgalaikis stebėjimas. Genominio stabilumo ir piktybinės transformacijos nebuvimo tyrimai in vivo.
• Klinikiniai tyrimai. I/II fazė, kurios metu vertinamas hCiPS produktų saugumas ir biologinis prieinamumas gydant sunkias kraujo ligas ir kardiomiopatijas.

„Visiškas cheminis kraujo ląstelių kamieno kodo perkrovimas yra tikras proveržis, atveriantis duris į prieinamą ir saugią ląstelinę mediciną be virusinių intervencijų“, – apibendrina dr. Feng Peng.

Autoriai atkreipia dėmesį į kelis svarbius dalykus:

• Saugumas be genomo
  „Egzogeninių genų integracijos į hCiPS ląstelių genomą nebuvimas sumažina onkogeninės transformacijos ir imuninio atmetimo riziką, palyginti su virusiniais metodais“, – pabrėžia vyresnysis tyrimo autorius dr. Feng Peng.

• Protokolo standartizavimas
  „Cheminis metodas palengvina kamieninių ląstelių gamybos mastelio keitimą ir standartizavimą GMP sąlygomis – pakanka paruošti šešių mažų molekulių tirpalą ir laikytis griežto laiko“, – priduria bendraautorė prof. Maria Lebedeva.

• Klinikinė perspektyva
  „Planuojame įvertinti hCiPS ląsteles leukemijos ir diabeto modeliuose, kad pamatytume, kaip greitai jos atkuria kraujodaros ir β ląsteles be su virusiniais vektoriais susijusios rizikos“, – sako dr. Jonathanas Smithas.

• Ilgalaikis stabilumas.
  „Preliminarūs duomenys rodo, kad hCiPS išlaiko genominį ir epigenetinį stabilumą po 20–30 pasažų, o tai svarbu vėlesniems terapiniams pritaikymams“, – pažymi dr. Aiko Yamamoto.

Šie komentarai pabrėžia, kad cheminis kraujo ląstelių pavertimas pluripotentinėmis kamieninėmis ląstelėmis sujungia saugumą, standartizavimą ir klinikinį potencialą personalizuotai regeneracinei medicinai.