Η ανακάλυψη βλαστικών κυττάρων θα μπορούσε να βελτιώσει τις θεραπείες για λευχαιμία, άλλες ασθένειες
Η αδυναμία του ανθρώπινου βλαστοκυττάρου ή αιματοποιητικών βλαστικών κυττάρων (HSCs) να αυτοανανεωθεί στο εργαστήριο εμποδίζει την πρόοδο στη θεραπεία της λευχαιμίας και άλλων ασθενειών του αίματος.
Τώρα, μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες (UCLA) υποδηλώνει ότι η απάντηση μπορεί να βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη - η ενεργοποίηση της οποίας μπορεί να επεκτείνει σημαντικά τα HSCs στον πολιτισμό.
Η ομάδα UCLA διαπίστωσε ότι μια πρωτεΐνη που ονομάζεται MLLT3 είναι βασικός ρυθμιστής της λειτουργίας HSC. Η πρωτεΐνη υπάρχει σε υψηλά επίπεδα στα HSCs ανθρώπινων εμβρύων, νεογνών και ενηλίκων. Ωστόσο, τα καλλιεργημένα HSC έχουν χαμηλά επίπεδα MLLT3.
Σε πρόσφατο Φύση οι ερευνητές αναφέρουν πως ο χειρισμός του γονιδίου που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή της πρωτεΐνης οδήγησε σε «περισσότερο από 12 φορές την επέκταση των μεταμοσχευμένων» HSC.
Η ανώτερη συγγραφέας της μελέτης είναι η Hanna K. A. Mikkola, καθηγήτρια της μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας στο UCLA. Μελετά HSC για περισσότερα από 20 χρόνια.
«Αν και έχουμε μάθει πολλά για τη βιολογία αυτών των κυττάρων με την πάροδο των ετών», λέει ο Mikkola, «μια βασική πρόκληση έχει παραμείνει: κάνοντας [HSC] αυτοανανέωση στο εργαστήριο».
«Πρέπει να ξεπεράσουμε αυτό το εμπόδιο για να προχωρήσουμε το πεδίο», προσθέτει.
Οι HSC χρειάζονται ισχυρή ικανότητα αυτο-αναπαραγωγής
Όλοι οι ιστοί και τα κύτταρα του σώματος βασίζονται στα κύτταρα του αίματος για τροφή και προστασία. Για την εκπλήρωση μιας τέτοιας αδυσώπητης και επαχθούς εργασίας, τα κύτταρα του αίματος πρέπει να μπορούν να αναπληρώνονται. Σε ενήλικες, τα κύτταρα του αίματος και τα κύτταρα του δέρματος έχουν τη μεγαλύτερη ικανότητα αναπλήρωσης οποιουδήποτε ιστού.
Η δουλειά της δημιουργίας νέων αιμοσφαιρίων πέφτει στα HSCs. Κάθε μέρα, το ανθρώπινο σώμα παράγει δισεκατομμύρια νέα κύτταρα αίματος, χάρη στα HSC, τα οποία επίσης δημιουργούν ανοσοκύτταρα.
Οι HSCs βρίσκονται στο μυελό των οστών, όπου αυτοανανεώνονται και ωριμάζουν σε διαφορετικούς τύπους αίματος και ανοσοκυττάρων.
Άτομα με ορισμένες ασθένειες του αίματος ή του ανοσοποιητικού συστήματος - όπως η λευχαιμία - χρειάζονται νέες προμήθειες HSC για να δημιουργήσουν νέα κύτταρα. Για δεκαετίες, οι γιατροί χρησιμοποιούν μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών για να ενισχύσουν τις προμήθειές τους.
Ωστόσο, υπάρχουν όρια στο βαθμό στον οποίο οι μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών μπορούν να προσφέρουν μια λύση. Για παράδειγμα, δεν είναι πάντα δυνατό να βρεθεί ένας αντίστοιχος δότης, ή το σώμα του παραλήπτη μπορεί να απορρίψει τα μεταμοσχευμένα κύτταρα.
Ένα άλλο πρόβλημα που μπορεί να προκύψει είναι ότι ο αριθμός των μεταμοσχευμένων HSC μπορεί να μην είναι αρκετός για τη δημιουργία επαρκούς αίματος ή ανοσοκυττάρων για τη θεραπεία της νόσου.
Το πρόβλημα με καλλιεργημένους HSC
Οι επιστήμονες προσπάθησαν να καλλιεργήσουν HSCs στο εργαστήριο ως εναλλακτική λύση για τις μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών. Ωστόσο, διάφορες απόπειρες μεταμόσχευσης καλλιεργημένων HSC έχουν πληγεί από ένα κοινό πρόβλημα: οι HSC που οι επιστήμονες έχουν αφαιρέσει από το μυελό των οστών χάνουν σύντομα την ικανότητά τους για αυτοανανέωση στον πολιτισμό.
Όταν οι HSC χάσουν την ικανότητα να δημιουργούν νέα αντίγραφα, το μόνο μέλλον που έχουν είναι είτε να διαφοροποιηθούν σε εξειδικευμένα κύτταρα είτε να πεθάνουν.
Για τη νέα μελέτη, η καθηγητής Mikkola και η ομάδα της εξέτασαν τι συνέβη στα γονίδια καθώς οι HSC έχασαν την ικανότητά τους να αυτοανανεώνονται στο εργαστήριο.
Είδα ότι ορισμένα γονίδια απενεργοποιήθηκαν όταν συνέβη αυτό. Τα γονίδια που απενεργοποιήθηκαν διέφεραν ανάλογα με τους τύπους των κυττάρων που σχηματίστηκαν τα HSC.
Για να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά, η ομάδα δημιούργησε κύτταρα που μοιάζουν με HSC από ενήλικα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα που δεν μπορούσαν να αυτοαναπαράγονται και στη συνέχεια παρατήρησαν τη γονιδιακή τους δραστηριότητα.
Αυτό το πείραμα έδειξε ότι υπήρχε ισχυρή σχέση μεταξύ της ικανότητας αυτοανανέωσης των HSC και της δραστηριότητας του MLLT3 γονίδιο.
Ενεργός MLLT3 είναι απαραίτητη προϋπόθεση
Φαίνεται ότι η υψηλή έκφραση του MLLT3 εξασφαλίζει άφθονη ποσότητα πρωτεΐνης, η οποία φέρει τις απαραίτητες οδηγίες για την αυτοανανέωση των HSC.
Η πρωτεΐνη βοηθά τα μηχανήματα της HSC να συνεχίσουν να λειτουργούν ενώ το κελί δημιουργεί ένα αντίγραφο του εαυτού του.
Περαιτέρω πειράματα αποκάλυψαν ότι η εισαγωγή ενός ενεργού MLLT3 γονίδιο στον πυρήνα των HSCs σε εργαστηριακή καλλιέργεια αύξησε την ικανότητά τους να αυτοαναπαράγονται με έναν παράγοντα 12.
"Αν σκεφτούμε την ποσότητα των βλαστικών κυττάρων του αίματος που απαιτείται για τη θεραπεία ενός ασθενούς, αυτός είναι ένας σημαντικός αριθμός."
Καθ. Hanna K. A. Mikkola
Άλλες μελέτες που έχουν προσπαθήσει να ανανεώσουν τα HSC στον εαυτό τους στην καλλιέργεια έχουν χρησιμοποιήσει μικρά μόρια. Ωστόσο, η Καθ. Mikkola και η ομάδα της αντιμετώπισαν προβλήματα με αυτήν την προσέγγιση.
Διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα δεν ήταν σε θέση να διατηρήσουν τα επίπεδα της πρωτεΐνης MLLT3 και δεν λειτούργησαν καλά όταν η ομάδα τα μεταμόσχευσε σε ποντίκια.
Συνδυάζοντας τις δύο μεθόδους
Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο συνδυασμός της μεθόδου μικρού μορίου με MLLT3 Η ενεργοποίηση γονιδίων δημιούργησε HSC που ενσωματώθηκαν σωστά στο μυελό των οστών σε ποντίκια.
Αυτά τα HSC παρήγαγαν επίσης όλους τους σωστούς τύπους αιμοσφαιρίων και διατήρησαν την ικανότητά τους να αυτοανανεώνονται.
Μια ανησυχία που έχουν οι επιστήμονες σχετικά με την παραγωγή μεταμοσχεύσιμων HSCs στο εργαστήριο είναι να διασφαλίσει ότι λειτουργούν σωστά μόλις βρίσκονται στο σώμα.
Οι HSC πρέπει να είναι σε θέση να αυτοαναπαράγονται με τον σωστό ρυθμό και δεν πρέπει να αποκτούν μεταλλάξεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ασθένειες όπως η λευχαιμία.
Φαίνεται ότι η διασφάλιση σταθερών επιπέδων πρωτεΐνης MLLT3 πληροί αυτές τις απαιτήσεις.
Οι ερευνητές εργάζονται τώρα σε μεθόδους χειραγώγησης MLLT3 πιο ασφαλή και πιο εύκολα.
