Kiedy czytasz w prasie o odkryciach biomedycznych, czytasz prawdopodobnie o eksperymentach dokonywanych na komórkach hodowanych w laboratoriach. Pływają one, bezcielesne, we flaszkach z czerwonym płynem, łatwo więc zapomnieć, że pochodzą pierwotnie od ludzi. Najczęściej używane komórki ludzkie, znane jako HeLa, pochodzą od
kobiety o nazwisku Henrietta Lacks. Komórki
MCF-7 cells pochodzą z guza piersi 69-letniej kobiety o nazwisku Frances Mallon.
Komórki Jurkat są z ciała 14-letniego chłopca z białaczką.
Te osoby, wraz z setkami innych, są przedstawicielami ludzkości. Ich nieśmiertelne linie komórek dostarczyły naukowcom gotowej podaży komórek do eksperymentów i stworzyły możliwość
niezliczonych odkryć, z których wszyscy korzystamy. Nasza wiedza o biologii komórek rośnie jednak do punktu, w którym możemy już nie potrzebować zastępców.
Oto wizja przyszłości. Postawiono u ciebie diagnozę rzadkiego zaburzenia genetycznego. Twój lekarz pobiera próbkę twoich komórek i hoduje je, tworząc linie komórkowe, tkanki, a nawet mini-narządy – małe, modelowe wersje twoich narządów wraz z wszystkimi błędami genetycznymi odpowiedzialnymi za twoją chorobę. Lekarze używają tych modeli do odkrycia, co robią te mutacje i sprawdzenia bezpieczeństwa i skuteczności różnych leków. W oparciu o te testy decydują się na najbardziej odpowiednie leczenie – takie, które jest dokładnie dopasowane do twojej biologii.
Jeszcze do tego nie dotarliśmy, ale robimy duże postępy. Popatrz, co właśnie zrobili Kathrin Meyer i Brian Kaspar z Nationwide Children’s Hospital w Ohio w USA.
Badają onistwardnienie zanikowe boczne (ALS) [http://pl.wikipedia.org/wiki/Stwardnienie_zanikowe_boczne], śmiertelną chorobę, na którą cierpi Stephen Hawking i która dotknęła również zawodnika baseballu Lou Gehriga. Powoduje ją jakaś kombinacja mutacji genetycznych, która stopniowo zabija neurony ruchowe – te, które kontrolują nasze mięśnie. Gdy umierają, mięśnie słabną i wiotczeją. Pacjenci tracą zdolność chodzenia, poruszania ramionami, mówienia, połykania i oddychania.
Niedawno kilka zespołów naukowców pokazało, że inne komórki w mózgu - komórki glejowe – pomagają wepchnąć neurony ruchowe w ramiona śmierci. Normalnie komórki glejowe dostarczają wsparcia, pożywienia i ochrony neuronom. Jeśli jednak mają mutację powodującą ALS, zamiast tego mogą selektywnie zabijać neurony ruchowe. Opiekunowie stają się zabójcami.
Astrocyt. Zdjęcie: Nathan S. Ivey at TNPRC.
Dla zbadania tych zdrajców zespół pobrał komórki skóry od siedmiu pacjentów i przeprogramował je w prekursory neuronów, które mogą rozwinąć się w rozmaite komórki w naszych mózgach i układach nerwowych. Wystarczyły cztery geny, by spowodować transformację i około miesiąca na wyhodowanie grup zdrowych komórek. Używając różnych czynników wzrostu zespół mógł nakłonić te prekursory, by stały się neuronami (włącznie z neuronami ruchowymi) i astrocytami (typem komórek glejowych w kształcie gwiazdy).
Kiedy były same, neurony ruchowe przeżywały tygodniami. Meyer stwierdziła jednak, że umierały szybko, kiedy wystawiało się je na obecność astrocytów. W ciągu 5 dni do 80procent z nich była martwa, a te, które przeżyły, miały tylko kilka krótkich odgałęzień. Robiły to tylko astrocyty z ALS; astrocyty od zdrowych ludzi nie miały takiego morderczego efektu.
Czworo pacjentów, z którymi pracował ten zespół, miało rodzinne ALS – rodzaj, który odpowiada za 10 procent przypadków i spowodowany jest odziedziczoną mutacją w genach takich jak SOD1 i C9orf72. Troje pacjentów miało sporadyczne ALS – najpowszechniejszy rodzaj spowodowany przez nieznane mutacje, które objawiają się spontanicznie u ludzie, w których rodzinach nie ma tej choroby. Zespół odkrył, że astrocyty wszystkich tych pacjentów są toksyczne dla neuronów ruchowych. Sugeruje to, że mutacje zarówno SOD1, jak C9orf72 prawdopodobnie zamieniają astrocyty w zabójców tym samym szlakiem – co stosuje się także do nieznanych mutacji powodujących sporadyczne przypadki.
Szczegóły są nadal niejasne, ale zespół ma nadzieję odkryć je dzięki potężnemu nowemu narzędziu – szybkiej i dającej jednolite wyniki technice tworzenia niekończącej się podaży neuronów i astrocytów, które są indywidualną wersją komórek jednego pacjenta. Sądzą także, że w ciągu kilkunastu lat będą w stanie testować różne leki na tych komórkach, żeby wypracować najbardziej obiecujące leczenie dla poszczególnych ludzi z ALS.
Jeśli wydaje się, że jest to daleko w przyszłości, warto pamiętać, jak daleko doszła ta linia badań w bardzo krótkim czasie. W 2006 r. Shinya Yamanka znalazł sposób przeprogramowania komórek dorosłej myszy w stan podobny do komórek macierzystych, które dawało się skłonić do rozwoju w szereg różnych komórek. Weź komórkę skóry, a z czasem będziesz miał neuron. Inni naukowcy dokonali tego samego wyczynu z komórkami ludzkimi w 2007 r. i z komórkami kobiety chorej na ALS w 2008 (które następnie zostały zamienione z powrotem na neurony ruchowe).
W 2010 r. grupa ze Stanford przeskoczyła w ogóle etap pośredni i po prostu zamieniła komórki skóry bezpośrednio w neurony. Jak poprzednio, najpierw były to komórki mysie, a w rok później komórki ludzkie. Tymczasem inny zespół zamienił komórki mysie w prekursory neuronowe, które potrafią rozwinąć się zarówno w komórki glejowe, jak w neurony. A teraz Meyer i Kaspar powtórzyli tę samą sztuczkę z ludzkimi prekursorami neuronowymi.
Kiedy prasa pisze o tych odkryciach, mówią na ogół o tworzeniu zapasów nowych komórek, żeby uzupełnić po tych, które są utracone z powodu choroby takiej jak ALS. Do takiego zastosowania jest jeszcze daleka droga, z wieloma jeszcze nie rozwiązanymi kwestiami bezpieczeństwa i otwartymi pytaniami, na które nie ma odpowiedzi. Na razie mają ogromny potencjał jako narzędzie badawcze.
Jak pisałem w 2008 r., “to jest dar niebios dla badań nad ALS. Postęp w rozumieniu tej choroby był stosunkowo powolny, głównie dlatego, że było niemal niemożliwe zdobyć wystarczający zapas żyjących neuronów ruchowych ludzi dotkniętych tą chorobą. Obecnie badacze mogą hodować duże kolonie zarówno neuronów ruchowych, jak komórek glejowych, które mają defekt genetyczny związany z ALS. Daje to im wolną rękę w badaniu przyczyn tego zaburzenia, warunków środowiskowych, które wpływają na te geny i sposobu, w jaki dotknięte neurony współdziałają z innymi rodzajami komórek. Daje im także neurony do testowania potencjalnych leków”.
Źródło: Meyer, Ferraiuoloa, Miranda, Likhite, McElroy, Renusch, Ditsworth, Lagier-Tourenne, Smith, Ravits, Burghes, Shaw, Cleveland, Kolb & Kaspar. 2013. Direct conversion of patient fibroblasts demonstrates non-cell autonomous toxicity of astrocytes to motor neurons in familial and sporadic ALS. PNAS http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1314085111
Your disease in a dish
Phenomena/Not Exactly Rocket Science, 1 stycznia 2014r.
_______
Ed Yong
Mieszka w Londynie i pracuje w Cancer Research UK. Jego blog „Not Exactly Rocket Science” jest próbą zainteresowania nauką szerszej rzeszy czytelników poprzez unikanie żargonu i przystępną prezentację.
Strona www autora
