Znajdź zawartość

Naukowcy z Harvard Stem Cell Institute (HSCI) opracowali nową strategię wytwarzania tzw. indukowanych komórek pluripotentnych (iPS) - komórek, które posiadają większość cech embrionalnych komórek macierzystych, lecz których wytwarzanie jest znacznie mniej kontrowersyjne. Zastosowana metoda pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa terapii iPS i ogranicza ryzyko, że staną się one zarzewiem nowotworu. Klasyczna metoda uzyskiwania iPS polega na pobraniu komórek od osoby dorosłej i wzbogacenie ich genomu o cztery geny, których aktywacja prowadzi do "cofnięcia" programu rozwoju komórki do stanu przypominającego embrionalną komórkę macierzystą. Niestety, jedna z tych sekwencji, zwana cMyc, jest jednocześnie genem mogącym prowadzić do rozwoju nowotworu. Skłoniło to badaczy z HSCI do wynalezienia metody pozwalającej na uzyskanie pożądanego efektu bez modyfikowania komórek za pomocą cMyc. Rozwiązaniem problemu okazał się związek nazwany później RepSox. Po dodaniu do pożywki, w której hodowano komórki pobrane od osób dorosłych, doprowadził on do ich przemiany do postaci iPS pomimo braku cMyc oraz Sox2, drugiego genu koniecznego dla zajścia tego procesu. Dzięki nowej technice możliwe jest odstąpienie od dostarczania dodatkowej kopii cMyc (w dojrzałych komórkach gen ten jest obecny, lecz jego aktywność powinna być minimalna) do komórek poddawanych modyfikacji. Po uzyskaniu iPS wystarczy po prostu zaprzestać dodawania RepSox do pożywki, by zlikwidować w komórce aktywność charakterystyczną dla cMyc i ograniczyć tym samym niebezpieczeństwo transformacji nowotworowej. Metoda opracowana przez badaczy z HSCI znacząco zwiększa bezpieczeństwo procedury wytwarzania iPS. To ważny krok na drodze do dopuszczenia metod wykorzystujących ten rodzaj komórek w terapii.

Badacze ze Stanów Zjednoczonych i Hiszpanii donoszą o powodzeniu eksperymentu, który może przybliżyć nas do opracowania skutecznej terapii genowej chorób człowieka. Naukowcom udało się pobrać komórki z ciała pacjenta, skorygować błąd w ich materiale genetycznym, a następnie doprowadzić je do postaci umożliwiającej wytworzenie nowych tkanek pozbawionych defektu. Przełomowe doświadczenie przeprowadzono z udziałem pacjentów cierpiących na anemię Fanconiego - chorobę genetyczną objawiającą się m.in. upośledzeniem pracy szpiku kostnego, zaburzeniami budowy szkieletu oraz podwyższonym ryzykiem białaczki. Schorzenie to rozwija się u nosicieli mutacji dowolnego z trzynastu genów skojarzonych z tą przypadłością. Do przeprowadzenia eksperymentu wykorzystano komórki wyizolowane ze skóry pacjentów. Za pomocą lentiwirusa, czyli cząstki wirusowej zdolnej do trwałego wbudowania własnego DNA do komórki docelowej, do materiału pobranego od każdego z chorych wprowadzono prawidłową kopię genu odpowiedzialnego za określony przypadek choroby. Tak przygotowane komórki poddano kolejnej serii modyfikacji. "Wyleczone" komórki ponownie zakażono lentiwirusem. Tym razem dostarczał on jednocześnie aż cztery geny: OCT4, SOX2, KLF4 oraz c-MYC. Ich zadaniem było przekształcenie komórek skóry do postaci tzw. indukowanych komórek pluripotentnych (ang. induced pluripotent stem cells - iPS), czyli komórek wykazujących większość cech embrionalnych komórek macierzystych, lecz wywodzących się z dojrzałego organizmu, a nie z zarodka. Uzyskane iPS poddano jeszcze jednej przemianie. Dzięki hodowli w pożywce zawierającej odpowiednie czynniki wzrostowe, badaczom udało się uzyskać komórki hematopoetyczne, czyli komórki krwiotwórcze niemal identyczne z tymi występującymi w szpiku kostnym. Udowodniono w ten sposób, że komórki skóry zawierające defekt genetyczny można przekształcić w komórki zdrowe, a następnie uzyskać komórki zdolne do wytwarzania prawidłowo funkcjonujących komórek krwi. Przeprowadzony eksperyment śmiało można uznać za przełomowy. Nigdy dotąd nie udało się przeprowadzić jednocześnie terapii genowej, czyli skorygowania defektu genetycznego, oraz wytworzenia komórek iPS i przekształcenia ich w komórki innej tkanki, niż wyjściowa. Oznacza to ogromny krok naprzód w badaniach nad rozwojem terapii genowej i rodzi wielkie nadzieje na to, że już za kilka-kilkanaście lat będzie możliwe jej stosowanie w medycynie.

Naukowcy z Instytutu Whiteheada, instytucji naukowej należącej do MIT, wytworzyli komórki o właściwościach zbliżonych do zarodkowych komórek macierzystych, lecz niewykazujące podwyższonego ryzyka transformacji nowotworowej. Obiektem studium prowadzonego przez badaczy były tzw. indukowane komórki pluripotentne (ang. induced pluripotent stem cells - iPS). Posiadają one większość cech charakterystycznych dla embrionalnych komórek macierzystych, na czele z ich zdolnością do transformacji w dowolny typ komórek organizmu. Wielu naukowców uważa, że mogą one stać się niezwykle przydatnym narzędziem stosowanym w medycynie XXI wieku, szczególnie jako środek pozwalający na odbudowę uszkodzonych tkanek i narządów. Pomimo szeregu zalet, iPS nie są tworami idealnymi. Największy problem wynika z faktu, że do ich wytworzenia konieczne jest wstawienie do komórek zestawu czterech genów, które mogą po pewnym czasie wywołać transformację nowotworową. Badacze z MIT wymyślili jednak metodę, która pozwala na wstawienie kompletu genów koniecznych do wytworzenia iPS, lecz umożliwia ich późniejsze usunięcie z genomu. W doświadczeniu wykorzystano metodę zwaną Cre/LoxP. Wykorzystuje ona enzym zwany Cre, zdolny do wycinania z genomu fragmentów DNA "otoczonych" dwoma sekwencjami o nazwie LoxP, w normalnych warunkach nieobecnymi w genomie komórek ludzkich. Badacze z Instytutu Whiteheada wykorzystali to zjawisko i wstawili po jednym odcinku LoxP na początku i na końcu nici DNA zawierającej geny potrzebne do wytworzenia iPS. Wytworzenie komórek pluripotentnych przeprowadzono tak samo, jak w innych eksperymentach. Po pewnym czasie aktywowano jednak gen kodujący LoxP, dzięki czemu doszło do usunięcia obcego DNA z komórek. Znacznie ograniczono w ten sposób ryzyko, że uzyskane iPS przejdą przemianę w komórki nowotworowe. "Przy okazji" udowodniono też, że utrata genów niezbędnych do wytworzenia komórek pluripotentnych nie grozi ich "powrotem" do statusu komórek dojrzałych. Dokonane odkrycie ma niezwykle istotne znaczenie dla dalszych badań nad komórkami macierzystymi. Ryzyko transformacji nowotworowej było bowiem jedną z największych obaw związanych z ich stosowaniem w medycynie. Teraz, gdy udało się znacząco ograniczyć prawdopodobieństwo szkodliwej przemiany, możemy śmiało powiedzieć, że jesteśmy o krok bliżej od wprowadzenia komórek macierzystych do lecznictwa.

Badaczka z Uniwersytetu Kalifornijskiego opracowała technikę pozwalającą na przekształcenie niemal dowolnych komórek pobranych z ciała dorosłego człowieka do postaci zdolnej do przekształcania się w plemniki lub komórki jajowe. Niezwykłe komórki uzyskano dzięki tzw. indukowanym komórkom pluripotentnym (ang. induced pluripotent stem cells - iPS), podobnym pod względem właściwości do embrionalnych komórek macierzystych, lecz uzyskiwanym z komórek ciała dorosłego człowieka. Dzięki hodowli w roztworze specjalnie dobranych czynników wzrostu udało się przekształcić je do postaci, z której mogą się one rozwijać w tzw. gamety, czyli komórki jajowe lub plemniki. Wcześniejsze badania wykazały, że możliwe jest uzyskanie gamet z embrionalnych komórek macierzystych, lecz dotychczas nikt nie zaprezentował sposobu na wykorzystanie do tego celu iPS. Przełomu dokonał zespół kierowany przez Amander Clark, badaczkę z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Niestety, przeprowadzone studium doprowadziło do odkrycia kilku niepokojących zjawisk. Najważniejszym z nich jest stosunkowo wysoka częstotliwość zaburzeń budowy i liczebności chromosomów, mogące prowadzić do powstawania wad rozwojowych u zarodków uzyskiwanych tą metodą. Pewnym pocieszeniem może być fakt, że część spośród wykrytych wad można wytłumaczyć niedoskonałością metod, dzięki którym uzyskano badane przez panią Clark komórki. Nie ma jednak pewności, czy zastosowanie nowoczesniejszych technik pozwoliłoby na zmniejszenie częstotliwości uszkodzeń. Metoda opracowana przez panią Clark może już niedługo zostać wykorzystana do wytwarzania na masową skalę komórek rozrodczych, co ułatwi prowadzenie badań nad procesem rozrodu oraz bezpłodnością. W nieco dalszej przyszłości, gdy uda się obniżyć częstotliwość mutacji pojawiających się podczas tego procesu, może ona także pozwolić na udoskonalenie stosowanych obecnie metod wspomagania rozrodu.

Badacze ze słynnego MIT (Massachusetts Institute of Technology) donoszą o stworzeniu specjalnego szczepu modyfikowanych genetycznie myszy, u których możliwe jest uzyskanie wyjątkowo dużej liczby identycznych komórek macierzystych. Zastosowany zabieg pozwoli na znaczne ułatwienie badań nad tymi niezwykłymi tworami. Komórki, o których mowa, to tzw. indukowane pluripotentne komórki macierzyste (IPS, od ang. Induced Pluripotent Stem Cells). Każda z nich jest zdolna do podziału, którego wynikiem jest uzyskanie jednej komórki zdolnej do przemiany w dojrzałą komórkę określonej tkanki (proces ten nazywamy różnicowaniem) i drugiej, która zachowuje właściwości IPS. Wyjątkowość zastosowanej techniki polega na tym, że uzyskane komórki macierzyste mają zdolność różnicowania do wielu różnych typów komórek - w organizmie niemodyfikowanego gryzonia komórek obdarzonych taką zdolnością jest bardzo niewiele, co utrudnia ich izolację w celu przeprowadzenia badań. Nie istniały także dostatecznie wydajne procedury pozwalające na uzyskanie znacznych ilości komórek pluripotentnych. Eksperyment naukowców z MIT pozwala na uzyskanie licznej puli takich komórek, które można następnie pobierać z wielu różnych tkanek zwierzęcia. Doświadczenie, przeprowadzone pod przewodnictwem Mariusa Werniga i Christophera Lengnera, było dość skomplikowane. Jego pierwszym etapem była modyfikacja genetyczna fibroblastów - jednego z rodzajów komórek skóry dorosłej myszy. Efekt taki uzyskano za pomocą specjalnie zmodyfikownego wirusa HIV, który pozwala, podobnie jak jego naturalny odpowiednik, na trwałą integrację przenoszonego genu z DNA gospodarza. Komórki "wzbogacono" w ten sposób w cztery dodatkowe geny związane z regulacją rozwoju i dojrzewania komórek. Wirus został zaprojektowany w taki sposób, by przenoszone przez niego geny aktywowały się po podaniu antybiotyku doksycykliny, dzieki czemu możliwa była precyzyjna regulacja procesu wytwarzania IPS. Uzyskane pluripotentne komórki macierzyste pobrano od myszy, a następnie wszczepiono do rozwijających się zarodków kolejnego pokolenia gryzoni. Ponieważ wszystkie komórki dojrzewającego organizmu powstają w wyniku podziału komórek macierzystych zarodka, logicznym jest, że znaczny fragment ciała zwierzęcia powstał w wyniku podziału zmodyfikowanych IPS. Oznacza to, że liczne tkanki dojrzewającego gryzonia reagowały na podanie antybiotyku tak samo, jak uzyskane pierwotnie komórki macierzyste. Zastosowanie tej zawiłej techniki opłaciło się - powstałe dzięki niej myszy wykazywały 20-, a nawet 50-krotnie wydajniejszą produkcję pluripotentnych komórek macierzystych w stosunku do tych uzyskiwanych z pomocą dotychczasowych metod. Oznacza to, że poziom ich wytwarzania jest wystarczająco wysoki, by pobrać je od zwierzęcia i prowadzić na nich badania. Dodatkową zaletą procedury jest fakt, że możliwe jest, w przeciwieństwie do niektórych stosowanych uprzednio protokołów uzyskiwania IPS, przeprowadzenie kompletnego projektu badawczego na identycznych genetycznie komórkach pochodzących od jednego dawcy. Używane dotąd metody często wymuszały na badaczu pobieranie komórek od wielu zwierząt, przez co wyniki były mniej spójne i wiarygodne. Szczegółowe informacje na temat eksperymentu opisano w czasopiśmie Nature Biotechnology.

Francuska firma Thales opracowała Indoor Positioning System (IPS), który działa podobnie jak GPS, ale jest przeznaczony do pracy z pomieszczeniach. IPS powstał z myślą o strażakach, pracujących w zadymionych budynkach. Może jednak być również używany przez policję i wojsko. Możliwe jest też zainstalowanie go w telefonach z GPS, które, dzięki IPS, pomagałyby odnaleźć się na lotnisku czy w dużych centrach handlowych. Tradycyjnego systemu nawigacji satelitarnej (GPS) nie można używać w pomieszczeniach, gdyż sygnały są zbyt słabe i odbijają się od ścian. IPS, który powstał w laboratoriach w Reading, korzysta z sygnałów radiowych Ultra Wide Band (UWB), przeznaczonych do szybkiej komunikacji na niewielkie odległości. Urządzenia IPS wskażą strażakom położenie ich kolegów w budynku oraz np. położenie wozów strażackich na zewnątrz. Dzięki temu zwiększy się bezpieczeństwo akcji gaśniczych.