Znajdź zawartość

Naukowcom z Whitehead Institute udało się zmodyfikować czerwone krwinki tak, by przenosiły ze sobą cały wachlarz najróżniejszych związków chemicznych, od lekarstw po szczepionki. Chcieliśmy stworzyć wysokowartościowe czerwone komórki krwi, które robią coś więcej niż tylko dostarczanie tlenu. Położyliśmy podwaliny pod technologię pozwalającą na wyhodowanie mysich i ludzkich komórek, które niosą ze sobą to, co chcemy i potencjalnie mogą zostać wykorzystane do celów terapeutycznych i diagnostycznych - mówi Harvey Lodish. Czerwone krwinki mogą być bardzo dobrym nośnikiem różnych substancji. Ich wielkimi zaletami są m.in. długość życia wynosząca do 120 dni oraz powszechność w organizmie. Bardzo istotnym czynnikiem jest fakt, że podczas powstawania krwinek komórki progenitorowe, które dojrzewają w krwinki, odrzucają swoje jądro i – tym samym – DNA. Bez jądra dojrzałe czerwone komórki krwi nie niosą ze sobą materiału genetycznego, który może zawierać mutacje prowadzące do nowotworów. Lodish i jego zespół umieścili na powierzchni komórek progenitorowych specyficzne białka obecne w dojrzałych krwinkach. Gdy krwinki dojrzały i odrzuciły jądra, proteiny pozostały na powierzchni komórek. Odpowiednio dobierając te proteiny można utworzyć silnie wiązania pomiędzy nimi, a związkami chemicznymi, które mają być przez krwinki przenoszone. Modyfikacje takie nie uszkadzają komórek. Jako, że zmodyfikowane czerwone krwinki mogą krążyć w organizmie nawet przez cztery miesiące, możemy wyobrazić sobie scenariusz, w którym wykorzystujemy je do przechowywania w organizmie przeciwciał neutralizujących toksynę. Uzyskamy w ten sposób wystarczający na długi czas magazyn, który zostanie uruchomiony, gdy toksyna trafi do organizmu - stwierdzili uczeni. Zmodyfikowane krwinki można by wykorzystać również do wiązania i usuwania szkodliwego cholesterolu z krwi, przenoszenia leków rozpuszczających zakrzepy lub zwalczających chroniczne stany zapalne. Osiągnięciami naukowców z Whitehead Institute zainteresowała się już DARPA. « powrót do artykułu

Zbyt gęsta krew może uszkodzić naczynia krwionośne i zwiększyć prawdopodobieństwo zawału. Prof. Rongjia Tao, fizyk z Temple University, zauważył jednak, że krew można rozrzedzić, poddając ją działaniu pola magnetycznego (Physical Review E). Wcześniej ten sam naukowiec zasłynął jako pionier wykorzystania pól elektrycznych i magnetycznych do zmniejszania lepkości ropy w silnikach i rurociągach. Obecnie analogiczny mechanizm zastosowano, by rozrzedzić krew. Ponieważ hemoglobina czerwonych krwinek zawiera żelazo, włączając na około minutę pole magnetyczne (indukcja wynosiła 1,3 T, czyli mniej więcej tyle, co w przypadku aparatów do rezonansu), Tao był w stanie zmniejszyć lepkość krwi aż o 20-30%. Amerykanie przeprowadzili testy na próbkach krwi. Ustalili, że pole magnetyczne polaryzuje erytrocyty. Łączą się one w krótkie łańcuchy, co przyspiesza przepływ krwi. Jako że taki łańcuch jest większy od pojedynczej komórki, płynie środkiem, przez co zmniejsza się tarcie o ściany naczynia. Summa summarum krew staje się rzadsza i płynie swobodniej. Po wyłączeniu pola w ciągu kilku godzin dochodziło do przywrócenia pierwotnej lepkości. Tao tłumaczy, że manipulując natężeniem pola i długością pulsu, można zmieniać wielkość agregatów krwinek. Opisana forma magnetoreologii stanowi skuteczny sposób kontrolowania lepkości krwi w wybranym zakresie. Fizyk dodaje, że jego technika przewyższa obecnie stosowaną aspirynę pod wieloma względami. Po pierwsze, jest bezpieczniejsza. Po drugie, zapewnia powtarzalność. Co ważne, zmniejszenie lepkości nie wpływa na normalną funkcję erytrocytów, dzięki czemu nadal mogą wykonywać swoje zadania i dostarczać tkankom tlen.

MikroRNA, krótkie jednoniciowe cząsteczki RNA, pomagają chronić czerwone krwinki przed zniszczeniami powodowanymi przez wolne rodniki tlenowe (Genes & Development). Zespół doktora Mitchella Weissa, hematologa ze Szpitala Dziecięcego w Filadelfii, ustalił, że w zwykłych warunkach miRNA nie wydaje się pełnić jakiejś szczególnie ważnej funkcji, ale wszystko się zmienia w warunkach zagrożenia stresem oksydacyjnym. Amerykanie opisali szlak sygnalizacyjny aktywowany przez miRNA, dzięki któremu regulowana jest aktywność pewnych genów. Naukowcy szacują, że w ludzkim genomie istnieje 500-1000 form miRNA. Po raz pierwszy mikroRNA opisano na początku lat 90. ubiegłego wieku, a ostateczną nazwę nadano im w roku 2001. Ustalono, że często te cząsteczki RNA łączą się z matrycowym RNA (mRNA), nie dopuszczając tym samym do jego translacji i utworzenia białka. Chociaż mikroRNA wpływają na tworzenie i funkcjonowanie większości lub wszystkich tkanek, nie znamy dokładnie mechanizmów ich działania. W tym konkretnym przypadku wiedzieliśmy, że miRNA zwane miR-451 reguluje erytrocyty u danio pręgowanych i myszy, a ponieważ jest w dużej mierze zachowywane w toku ewolucji, zakładaliśmy, że występuje także u ludzi. Jego rola była jednak słabo poznana. Ustalając, jak mikroRNA oddziałuje na rozwój erytrocytów, w ramach wcześniejszych studiów ekipa Weissa próbowała dociec, co zawodzi m.in. w przypadku niedokrwistości hemolitycznej (czyli anemii spowodowanej szybszym rozpadem erytrocytów wskutek ich niewłaściwej budowy lub działania czynników zewnętrznych). Obecne badania prowadzono na myszach pozbawionych genu kodującego miR-451. Okazało się, że "na co dzień" brak miR-451 wiązał się jedynie z łagodną anemią, lecz w warunkach stresu oksydacyjnego, wywołanego podaniem leku powodującego powstawanie wolnych rodników, niedokrwistość się pogłębiała. Wolne rodniki tlenowe atakowały hemoglobinę. To lejtmotyw wśród mikroRNA – często nie odgrywają one centralnej roli w formowaniu się tkanki lub w zwykłych warunkach, ale wykazują silne działanie ochronne, kiedy organizm jest zestresowany. W miarę upływu ewolucyjnego czasu czerwone krwinki wypracowały sobie metody samoobrony. Jedną z nich jest działanie mikroRNA. Naukowcy z Filadelfii stwierdzili, że oddziałując na etapy pośrednie szlaku sygnalizacyjnego, miR-451 wpływa na kluczowe białko FOXO3. Ponieważ jest ono czynnikiem transkrypcyjnym, nadzoruje setki genów (należy do rodziny czynników FOXOs, która uczestniczy w regulacji procesów komórkowych: różnicowania, metabolizmu czy namnażania). FOXO3 stymuluje geny chroniące erytrocyty przed stresem oksydacyjnym. Weiss zaznacza, że przynajmniej na razie pacjentom z chorobami krwi nie przydadzą się odkrycia dot. miR-451. Akademikom udaje się jednak rozbudować wiedzę na temat zdolności mikroRNA do dostrajanie precyzyjnych fizjologicznych funkcji. Co ważne, FOXO3 kontroluje działania przeciwutleniające w komórkach serca, działa też hamująco na guzy nowotworowe, dlatego miR-451 znajdzie zapewne poczesne miejsce w zapobieganiu chorobom serca czy terapii onkologicznej.

Pomimo wielu lat badań krew pobrana od dawcy pozostaje w wielu przypadkach lekiem niezastąpionym. Sytuacja ta może się jednak zmienić dzięki syntetycznym erytrocytom (czerwonym krwinkom) wytworzonym przez Nishtiego Doshiego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Wytwarzanie syntetycznych czerwonych krwinek (ang. synthetic red blood cells - sRBC) zaczyna się od uzyskania matrycy nadającej całości soczewkowaty kształt, charakterystyczny dla erytrocytów. Na jej powierzchnię nakłada się do dziewięciu warstw mieszaniny potrzebnych białek (najważniejszym z nich jest oczywiście transportująca tlen hemoglobina) zatopionych w porowatym polimerze. Ostatnim etapem jest usunięcie matrycy z wnętrza powstających sRBC. Wytworzone w ten sposób struktury posiadają dwie podstawowe cechy czerwonych krwinek: zdolność do wydajnego przenoszenia tlenu z płuc do tkanek oraz elastyczność pozwalającą na docieranie w trudno dostępne miejsca. Dodatkowo są one w stanie przenosić wiele leków, a także substancje kontrastujące stosowane w badaniach rentgenograficznych. Chociaż w skład sRBC wchodzą białka wytwarzane przez naturalne erytrocyty, nie oznacza to, że do ich pozyskania konieczne będzie pobieranie krwi od dawców. Potrzebne składniki można bowiem uzyskiwać in vitro dzięki technikom inżynierii genetycznej. Czy to wystarczy, by możliwa była całkowita rezygnacja z usług dawców krwi? Z pewnością nie, ale wynalazek pana Doshiego jest ważną innowacją.

W czerwonych krwinkach ciężarnych cierpiących na stan przedrzucawkowy znaleziono duże ilości ergotioneiny, aminokwasu występującego w niepasteryzowanych pokarmach (Reproductive Sciences). Najwyraźniej ergotioneina jest wskaźnikiem stanu przedrzucawkowego i może pomóc w ustaleniu przyczyn tego zjawiska. Naukowcy z Uniwersytetu w Leeds pobrali próbki krwi od 37 kobiet w ciąży. Porównali erytrocyty pań ze stanem przedrzucawkowym z krwinkami ciężarnych, u których nie stwierdzono charakterystycznych objawów (należą do nich podwyższone ciśnienie, obrzęki twarzy i rąk oraz białkomocz, pojawiające się po 20. tygodniu ciąży). U tych pierwszych chemicy wykryli o wiele wyższe stężenia ergotioneiny. Aminokwas ten jest wytwarzany m.in. przez aktynobakterie (Actinobacteria) oraz grzyby strzępkowe, które zanieczyszczają źle przygotowywane i/lub przechowywane produkty spożywcze, np. niepasteryzowany nabiał. Nie zalecam, by ciężarne przestały jeść grzyby, jakkolwiek wysokie stężenia ergotioneiny w czerwonych krwinkach kobiet ze stanem przedrzucawkowym to bardzo interesujące odkrycie. Im więcej wiemy o związkach chemicznych mających coś wspólnego z chorobą, tym bardziej zbliżamy się do określenia jej przyczyn – wyjaśnia profesor James Walker. Ergotioneina jest przeciwutleniaczem, a w przeszłości proponowano, by ryzyko wystąpienia stanu przedrzucawkowego ograniczać właśnie za pomocą antyoksydantów. Tym ciekawsze wydaje się, że u chorych kobiet wykryto nadmiar tego typu substancji – dodaje dr Julie Fisher. Wcześniej brytyjski zespół ustalił, że markery stanu przedrzucawkowego występują również w osoczu.

Podczas gdy ekolodzy martwią się o szkody wyrządzane przez człowieka innym gatunkom, biolodzy z Yale University próbują schwytać wirusy w pułapkę środowiska wymuszającego ich wyginięcie (Ecology Letters). By nie zniknąć z powierzchni Ziemi, dana populacja musi nie tylko przetrwać, ale i się rozmnożyć. Paul Turner, profesor nadzwyczajny ekologii i biologii ewolucyjnej, badał praktyczność rozwiązania polegającego na wabieniu wirusów do niewłaściwych komórek ludzkiego ciała. Ponieważ nie mogą się tam namnażać, objawy choroby ustępują. Ekologiczne pułapki na wirusy mogą powstawać w naturalny sposób lub być tworzone przez bioinżynierów poprzez dodawanie miejsc receptorowych na komórkach niepozwalających na rozmnażanie. Przetestowaliśmy tę koncepcję na wirusach innych niż ludzkie, które zakażały komórki bakteryjne. Zespół naukowców sprawdzał, jak miewają się wirusy wprowadzane do kolonii bakteryjnych składających się z różnych proporcji bakterii zwykłych (sprzyjających namnażaniu) i zmutowanych (pułapki). Kiedy liczba tych ostatnich wzrastała, populacja wirusów kurczyła się. Podobny pomysł wykorzystano już w rolnictwie. Szkodniki wabi się do upraw, których smak bardziej im odpowiada (z założenia nie zbierze się z nich żniwa). Spryskuje się tylko te rośliny, dzięki czemu spadają koszty i ilość zużywanych pestycydów. Turner spekuluje, że taki trik można by wykorzystać do zwalczania wirusa HIV. Wirus ten rozpoznaje limfocyty T, poszukując znajdującego się na ich powierzchni białka CD4. Do rozmnażania się wykorzystuje jądro komórkowe. Gdyby jednak umieścić białko CD4 na dojrzałych czerwonych krwinkach, które nie mają jądra, HIV miałby poważne kłopoty. Warto dodać, że liczba erytrocytów w organizmie znacznie przewyższa liczbę limfocytów T.