Znajdź zawartość

Stres oksydacyjny obwinia się za wiele rzeczy, w tym za choroby neurodegeneracyjne, a nawet starzenie. Dotąd jednak nikt nie obserwował bezpośrednio zmian oksydacyjnych w żywym organizmie. Udało się to dopiero dzięki badaniom na muszkach owocowych, które ku zaskoczeniu autorów z Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) wykazały, że długość życia nie spada wskutek produkcji oksydantów. Zespół doktorów Tobiasa Dicka i Aurelia Telemana wprowadził do genomu owocówek geny bioczujników. Sensory były przystosowane do wykrywania specyficznych oksydantów i za pomocą sygnału świetlnego wskazywały w czasie rzeczywistym status oksydacyjny każdej komórki. Co więcej, dawały pojęcie o tym, co dzieje się w całym organizmie na przestrzeni całego życia. W przypadku larw Niemcy zauważyli, że poszczególne tkanki wytwarzają bardzo różne stężenia utleniaczy. Okazało się, że mitochondria komórek krwi produkują ich o wiele więcej niż centra energetyczne komórek jelit czy mięśni. Poza tym poziom oksydantów w tkankach odzwierciedla, co w danym momencie robią larwy. Naukowcy byli w stanie stwierdzić, czy ruszają się, czy jedzą, przyglądając się statusowi oksydacyjnemu tkanki tłuszczowej. Dotąd wielu naukowców zakładało, że proces starzenia się jest związany z ogólnym wzrostem stężenia oksydantów w organizmie. Obserwacje muszek owocowych jednak tego nie potwierdziły. Jedyny właściwie wzrost, jaki stwierdzono, dotyczył przewodu pokarmowego. Co ciekawe, akumulacja utleniaczy w tkance jelit była przyspieszona w przypadku dłużej żyjących osobników. Oznacza to, że długość życia nie spada w wyniku produkcji oksydantów. Zespół z DKFZ postanowił przetestować na owocówkach wpływ często polecanego przez naukowców i nie tylko przez nich przeciwutleniacza - acetylocysteiny (NAC). Nie znaleziono dowodów na spadek stężenia oksydantów u owadów karmionych NAC. Zamiast tego acetylocysteina wydawała się nakłaniać mitochondria różnych tkanek do wytwarzania większych ilości utleniaczy. Zaskoczyło nas sporo rzeczy zaobserwowanych u owocówek za pomocą bioczujników. Wydaje się, że wielu odkryć dotyczących izolowanych komórek nie można zwyczajnie przetransferować na sytuację żywego organizmu - podkreśla Dick. W kolejnym etapie badań biolodzy zamierzają wprowadzić czujniki do organizmów ssaków i śledzić dzięki nim np. reakcje zapalne i rozwój guzów.

Implanty "wybrukowane" nanocząstkami metalu zmniejszają ryzyko odrzucenia przez organizm. Naukowcy z Uniwersytetu w Göteborgu jako pierwsi wyjaśnili, czemu implant o nierównej powierzchni łatwiej integruje się z otaczającą tkanką niż jego gładka wersja (International Journal of Nanomedicine). Zespół badawczy pracował pod przewodnictwem Hansa Elwinga. Szwedzi wykorzystali technikę, dzięki której na złotej powierzchni można było uzyskać nanostruktury o średnicy 10-18 nm, a następnie związać je z drugą idealnie gładką złotą powierzchnią w ściśle kontrolowanych odległościach. W ten sposób uzyskano coś na kształt wybrukowanego chodnika. Okazało się, że wybrukowanie powierzchni implantu zmniejszało aktywację ważnych elementów nieswoistej odpowiedzi odpornościowej. Stało się tak, gdyż nanocząstki miały zbliżone wymiary do kilku białek, które biorą w niej udział . Dzięki temu organizmowi łatwiej zintegrować ciała obce, np. rozruszniki, endoprotezy stawów czy kapsułki z lekami. Spada ryzyko miejscowego stanu zapalnego. Niewykluczone, że wrodzony układ odpornościowy został tak zaprojektowany, by reagować na gładkie powierzchnie, ponieważ z jednej strony takowe nie występują naturalnie w organizmie, a z drugiej, niektóre bakterie mają idealnie gładką powierzchnię - wyjaśnia Elwing. Współczesna nanotechnologia jest na tyle zaawansowana, że wyprodukowanie implantów lub kapsułek leków o zadanej topografii powierzchni jest dość proste i tanie. Zanim jednak podobne rozwiązania zostaną wdrożone w ludzkiej medycynie, minie kilka lat. Obecnie trwają prace nad modyfikacją różnego rodzaju implantów tytanowych. Rozpoznajemy scenariusz, w którym wykonywalibyśmy tytanowe śruby gęstsze w pobliżu łba, dzięki czemu lepiej zlewałyby się w górnej części [czyli tam, gdzie kość jest twardsza].

Na Worcester Polytechnic Institute (WPI) powstała nowatorska technika, dzięki której chirurg może dostarczyć komórki macierzyste do wybranych obszarów ciała, by naprawić uszkodzone tkanki. Szczególnie przydatna będzie ona w leczeniu serca u osób, które przeszły zawał. Obecnie mezenchymalne komórki macierzyste (hMSC) wstrzykuje się do krwioobiegu lub bezpośrednio do uszkodzonej tkanki, ale metoda taka jest mało skuteczna, bowiem przeżywa i przyczepia się do tkanki mniej niż 15% komórek. Opracowana na WPI technologia zakłada wykorzystanie polimerowych mikronici do tworzenia szwów i wypełnienie ich komórkami macierzystymi. Uczeni udowodnili, że komórki macierzyste są w stanie namnażać się i różnicować na takich mikroniciach. Ta technologia to potencjalnie potężne narzędzie pozwalające dostarczyć komórki macierzyste dokładnie tam, gdzie są potrzebne, czy to będzie uszkodzone serce czy inna tkanka - mówi profesor Glenn Gaudette, główny autor badań. Gaudette, chcąc poradzić sobie z problemem dostarczania komórek macierzystych, poprosił o pomoc profesora George'a Pinsa. Ten stworzył mikrowłókna z fibryny, białka wykorzystywanego podczas procesu krzepnięcia krwi. Włókna Pinsa można dostosowywać do potrzeb - mogą mieć różną wytrzymałość na rozciąganie i charakteryzować się różnym tempem rozpuszczania się. Gaudette przeprowadził testy włókien, pokrywając je niewielką liczbą komórek macierzystych i hodując przez pięć dni. Okazało się, że komórki namnażały się, w efekcie czego na 2-centymetrowym włóknie zgromadziło się ich aż 10 000. Takie włókno umieszczono następnie w środowisku, które symulowało ludzkie serce. Badania wykazały, że większość komórek przeżyła symulowany proces szycia i przyczepiły się one do tkanki. To sugeruje, iż podobnie stanie się podczas prawdziwej operacji. Kolejne testy wykazały również, że hMSC na mikrowłóknach mogą tworzyć różnego rodzaju tkankę, w tym kostną. Wydaje się, że te komórki zachowują się tak samo, jak hMSC in vivo - mówi Gaudette. Uważamy to za pierwszy dowód, że możemy w ten sposób dostarczyć je wszędzie tam, gdzie chirurg zakłada szwy - dodaje uczony.

Podczas 63. dorocznego spotkania Amerykańskiego Stowarzyszenia Lekarzy naukowcy z Virginia Tech i ich koledzy z Indii zaprezentowali nową metodę niszczenia komórek nowotworowych. Termoterapia wykorzystuje zjawisko hipertermii do podniesienia temperatury komórek nowotworowych przy jednoczesnym utrzymaniu bezpiecznej temperatury w otaczającej je zdrowej tkance. Eksperymenty potwierdzające skuteczność metody przeprowadzono zarówno in vitro jak i in vivo. Oprócz Amerykanów w badaniach brali udział Monrudee Liangruksa oraz Ishwar Puri, obaj związani z Virginia Tech, oraz Ranjan Ganguly z Uniwersytetu Iadavpur w Kalkucie. Puri wyjaśnił, że do uzyskania zjawiska hypertermii wykorzystano ferrofluidy. To substancje przypominające ciecze, które w temperaturze pokojowej są dobrymi paramagnetykami, a w obecności pola magnetycznego ulegają silnej polaryzacji. Ferrofluidy wstrzykuje się do tkanki nowotworowej. Następnie poddaje się je działaniu zmiennego pola magnetycznego o wysokiej częstotliwości. To powoduje ich podgrzanie tak bardzo, że temperatura zabija komórki nowotworowe. Temperatury rzędu 41-45 stopni wystarczają do spowolnienia lub zatrzymania rozwoju tkanki nowotworowej. Idealnie przeprowadzona hipertermia zwiększa temperaturę komórek nowotworowych na około 30 minut, podczas gdy temperatura zdrowej tkanki jest utrzymywana na poziomie niższym niż 41 stopni Celsjusza. Zjawisko hipertermii możemy uzyskać też za pomocą termoablacji, która zwiększa temperaturę nawet do 56 stopni Celsjusza i powoduje śmierć komórek. Ciepło wydzielane przez nanocząstki podnosi temperaturę tkanek i niszczy błony komórkowe - mówi Puri. Najlepszym, najbardziej biokompatybilnym materiałem, okazał się tlenek żelaza. Dobrze sprawują się tez platyna i nikiel, jednak w kontakcie z tlenem stają się one toksyczne.

Naukowcy odkryli, że białko, które odpowiada za przywieranie do siebie komórek, zapobiega też ich nadmiernemu dzieleniu, jak ma to miejsce w chorobach nowotworowych. Amerykanie mają nadzieję, że ich odkrycie zostanie wykorzystane w nowych metodach terapii onkologicznej. Prof. Aaron Putzke z Hope College w Holland i Joel H. Rothman z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara prowadzili badania na nicieniach Caenorhabditis elegans. Gdy rozwijamy się z jaja, komórki wielokrotnie się dzielą, tworząc całe mnóstwo komórek występujących w dorosłym organizmie. Dla komórki krytyczna jest nie tylko wiedza o tym, kiedy się dzielić, ale także kiedy przestać się namnażać – zaznacza Rothman. Bez zahamowania podziałów komórki nadal by się powielały i moglibyśmy skończyć z rękami sięgającymi ziemi lub powiewającymi na wietrze uszami albo z czymś dużo gorszym – nowotworem – dodaje Putzke. Panowie uważają, że równie ważna jak regulowanie podziałów jest zdolność skupiania się, co stanowi podstawę formowania tkanki. Komórki nowotworowe nie sklejają się ze sobą prawidłowo, przez co ulegają łatwemu oderwaniu i dochodzi do powstawania przerzutów. Dzięki C. elegans Amerykanie stwierdzili, że wraz z innymi proteinami białko Fer jak klej spaja komórki, ale i zapobiega nadmiernym podziałom. Gdy usuwano je z komórek, namnażanie zachodziło przez cały czas. Inne badania pokazały, że poziom białka Fer ulega zmianie przy raku prostaty i białaczce szpikowej – przypomina Putzke. Fer było znane ze swojej funkcji spajającej, dlatego naukowcy stwierdzili, że rozwój choroby nowotworowej ma związek właśnie z tym. Putzke uważa jednak, że zmieniony poziom Fer może w rzeczywistości mieć więcej wspólnego z przyzwoleniem na niekontrolowane podziały niż obniżoną adhezją komórkową. Studium pokazało, że w zwykłych okolicznościach proteina Fer działa, ograniczając szlak sygnałowy Wnt. Gdy go zabraknie, bariery znikają i komórki dzielą się, mimo że nie powinny.

Trzy lata temu genetycy odkryli wersję genu, która aż o 2/3 zwiększa ryzyko otyłości. Okazuje się jednak, że allel FTO (od ang. fat mass and obesity associated), który najczęściej występuje u osób pochodzenia europejskiego, wiąże się także z utratą tkanki mózgowej. Naukowcy już wcześniej zauważyli, że otyłe starsze osoby częściej niż szczupli rówieśnicy cierpią na demencję, a objętość ich mózgów jest mniejsza. Przypisywano to jednak miażdżycy naczyń, która miała ograniczać dopływ krwi do mózgu. Tymczasem wariant FTO może oddziaływać na ten narząd bezpośrednio. Zespół profesora Paula Thompsona z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles posłużył się rezonansem magnetycznym. Dzięki temu stworzono trójwymiarowe mapy mózgu 206 zdrowych dorosłych w wieku od 70 do 80 lat. Pochodzili oni z 58 okolic USA. Badania przeprowadzono w ramach 5-letniego studium Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative. W mózgach nosicieli allelu FTO stale wykrywano mniej tkanki mózgowej. Osoby z wadliwą wersją genu miały średnio o 8% mniej tkanki w płatach czołowych, które zarządzają naszymi planami oraz działaniami, i aż o 12% mniej w płatach potylicznych, odpowiadających za widzenie. Co więcej, zaobserwowanych różnic nie można było bezpośrednio przypisać innym czynnikom związanym z otyłością, np. stężeniu cholesterolu, cukrzycy czy wysokiemu ciśnieniu krwi. Rezultaty są ciekawe. Jeśli masz złą wersję FTO, twoja waga wpływa na mózg negatywnie, powodując utratę tkanki. Jeśli jednak nie jesteś nosicielem FTO, wyższa masa ciała nie przekłada się na mózgowe deficyty. W rzeczywistości nie ma z tym nic wspólnego. To bardzo tajemniczy i szeroko rozpowszechniony gen – wyjaśnia Thompson. Amerykanin podkreśla, że jakakolwiek utrata tkanki mózgowej zwiększa ryzyko deterioracji funkcjonalnej. Gen dzieli więc świat na dwa obozy: tych, którzy mają allel FTO, i tych, którzy go nie mają. Thompson uważa, że można skutecznie zawalczyć z "przeznaczeniem", prowadząc zdrowy tryb życia. Naukowcy również zyskują na tym odkryciu, ponieważ mogą zaprojektować precyzyjniej działające leki przeciw demencji.

Po co roślinom ukryte kryształy? Występują w wielu rodzinach, ale długo nie można było rozstrzygnąć, czy mają odstraszać roślinożerców, stanowić magazyn wapnia, czy też dodatkowe rusztowanie dla różnych tkanek. By ostatecznie znaleźć odpowiedź na to pytanie, dr Gary Coté badał difenbachie, stanowiące (trującą) ozdobę wielu domów. Botanik wybrał do eksperymentu konkretny gatunek Dieffenbachia seguine. W roślinach występują 3 rodzaje kryształów: druzy mineralne, inaczej szczotki (skupiska kryształów wokół nieregularnej, często kanciastokształtnej pustki), rafidy (igły zebrane w pęczki lub szeregi) oraz pryzmaty (jedyńce). Okazało się, że wszystkie one pojawiają się u difenbachii. Coté zauważył, że każda tkanka, a niekiedy nawet różne części tego samego organu mają swoje specyficzne kryształy. Bez względu na kształt, wszystkie zawierają szczawian wapnia, budulec kamieni nerkowych. Botanik jest przekonany, że kryształy rzeczywiście mają przede wszystkim odstraszać roślinożerców, ale poszczególne formy pełnią inne funkcje. Druzy szlifują wnętrze jamy ustnej, dając wrażenie żucia piasku. Rafidy występują najczęściej w chętnie skubanych liściach. Po ugryzieniu zostają wyduszone z tkanki, przekształcając się w kłujące delikatny język igły. Dla odmiany wiązki rafidów z łodygi stanowią rodzaj rusztowania, a pryzmaty spotykane wyłącznie w pyłku odpowiadają zapewne za jego rozpraszanie bądź kiełkowanie.

Dzięki wykorzystaniu podstaw wiedzy z genetyki oraz reakcji chemicznej odkrytej aż 90 lat temu udało się stworzyć mikrotkanki zbudowane z niewielkich grup komórek o ściśle zaprogramowanym funkcjonowaniu i rozkładzie przestrzennym. To nowy poziom złożoności i hierarchicznego układu w biologii syntetycznej - ocenia prof. Carolyn Bertozzi, pracownica Uniwersytetu Kalifornijskiego zaangażowana w eksperyment. Ludzie mają w zwyczaju myśleć o komórkach jak o podstawowych jednostkach. Prawda jest jednak taka, że istnieją takie zgrupowania komórek, które potrafią dokonać rzeczy, z wykonaniem których nie poradziłyby sobie pojedyncze zaprogramowane komórki. Pomysł zrealizowany przez prof. Bertozzi oraz jej kolegów opierał się na wykorzystaniu tzw. zasady komplementarności, jednego z podstawowych praw genetyki. Głosi ona, że jeżeli w jednym roztworze umieści się dwa fragmenty DNA o odpowiednich, "dopasowanych" do siebie (komplementarnych) sekwencjach, dojdzie do ich połączenia w nić podwójną. W swoim eksperymencie badacze wykorzystali dwa rodzaje takich nici, z których każdy został przytwierdzony do innego rodzaju komórek. Następnie zmodyfikowane komórki wymieszano ze sobą w ściśle określonym stosunku, pozwalającej na stworzenie trójwymiarowej "mikrotkanki", jak określili powstający twór autorzy. Do przyłączenia krótkich fragmentów DNA do powierzchni komórek wykorzystano tzw. ligację Staudingera - modyfikację reakcji chemicznej znanej już od 1919 roku. W przeszłości była ona wielokrotnie stosowana do sprzęgania nici DNA z różnego rodzaju substancjami (np. barwnikami fluorescencyjnymi), lecz stosowanie jej w celu kotwiczenia DNA do komórek było czymś zupełnie nowym. Aby potwierdzić skuteczność metody oraz wytworzenie wzajemnych relacji między komórkami, naukowcy z Kalifornii połączyli ze sobą tzw. hematopoetyczne komórki progenitorowe, czyli prekursory komórek krwi, oraz tzw. komórki CHO, uzyskane z jajnika samicy chomika. Genom tych ostatnich został zmodyfikowany tak, by wytwarzały one białko niezbędne dla przekształcania się komórek progenitorowych w dojrzałe komórki krwi. Ponieważ doświadczenie to zakończyło się sukcesem, można przypuszczać, że "mikrotkanki" mogłyby symulować także zachowania innych typów komórek. Wytwarzanie wielokomórkowych struktur o ściśle ustalonej strukturze i hierarchii pozwala na stworzenie wielu bardzo atrakcyjnych modeli badawczych. Potencjalnie mogą one umożliwiać prowadzenie w warunkach laboratoryjnych wielu badań, których wykonanie było dotychczas możliwe wyłącznie przy wykorzystaniu żywych organizmów. Pozwoli to na uproszczenie wielu procedur, a także na obniżenie kosztów wielu z nich.

Wata cukrowa ma swoich zagorzałych zwolenników i przeciwników. Linia podziału przebiega także przez grupę naukowców, którzy potrafią się jednak zdystansować i spojrzeć na sprawę obiektywnie. Leon Bellan, członek frakcji antywatowej, zdołał wykorzystać słodkie nitki do utworzenia sieci naczyń krwionośnych w hodowanych w laboratorium tkankach: kościach, skórze, mięśniach oraz tłuszczu (Soft Matter). Bellan z Uniwersytetu Cornella i dr Jason Spector z Nowojorskiego Szpitala Prezbiteriańskiego oraz Weill Cornell Medical Center (fan lepkiej chmurki) polali watę gęstym roztworem. Gdy całość zastygła, tworząc zwartą bryłę, zanurzyli ją w gorącej wodzie. Zabieg ten miał doprowadzić do rozpuszczenia zatopionej wewnątrz waty, która ściekając, wydrążyła drobniutkie kanaliki. W ten sposób Amerykanie uzyskali rodzaj formy. Następnie wprowadzili do niej komórki, które utworzyły sztuczne naczynia krwionośne. Biodegradowalny bloczek z niedojrzałymi komórkami należy umieścić w tkance, która podlega rekonstrukcji. Gdy zestalona bryła zanika, jest stopniowo zastępowana przez rosnącą kość czy mięśnie. Koniec końców otrzymujemy kawałek żądanej tkanki, poprzetykanej naczyniami krwionośnymi. Na razie akademicy eksperymentowali na tkankach szczurzych i udało im się "przepuścić" krew przez odtworzone naczynia. Wata zostanie pewnie kiedyś zastąpiona bardziej profesjonalnym materiałem, ale Bellan i Spector zamierzają maksymalnie wykorzystać jej możliwości.

Kardiolodzy wykazali, że komórki z zewnętrznej warstwy serca mogą migrować do środka, by tam przeprowadzić niezbędne naprawy. Przemieszczanie się komórek prekursorowych jest kontrolowane przez białko, tymozynę beta 4, która pomaga zmniejszyć utratę komórek mięśniowych po zawale serca. Odkrycie to stwarza szanse na opracowanie efektywniejszych metod leczenia chorób serca z wykorzystaniem określonych białek. Wyniki przełomowych badań Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego (UCL) opublikowano w magazynie Nature. Komórki prekursorowe i macierzyste mają jedną wspólną cechę: mogą się przekształcać w dowolną "dorosłą" tkankę. Do tej pory nie wiedziano, że serce dysponuje własnym ich zapasem i sądzono, że musi je "sprowadzać" ze szpiku kostnego. Londyńscy naukowcy jako pierwsi wykazali, że mogą one rezydować wewnątrz mięśnia sercowego. Zespół z UCL odkrył, że pod wpływem tymozyny ß4 komórki prekursorowe ze znajdującej się najbardziej na zewnątrz warstwy są stymulowane do formowania nowych naczyń krwionośnych. By dokładniej zbadać zagadnienie, akademicy wyhodowali myszy całkowicie pozbawione sercowej tymozyny. Zaobserwowali, że serca tych gryzoni nie rozwijały się prawidłowo: mięsień sercowy wykazywał objawy wczesnej utraty tkanki, a rozwój sieci naczyń krwionośnych także nie wyglądał najlepiej. Dokładniejsza analiza wykazała, że komórki prekursorowe nie przemieściły się w głąb serca, by tam zmienić się w komórki potrzebne do budowy zdrowych naczyń krwionośnych oraz podtrzymywania masy mięśniowej. Żeby sprawdzić, czy u dorosłych tymozyna może również pomóc w naprawie uszkodzonych naczyń, naukowcy pobierali komórki z zewnętrznej powłoki serca myszy i hodowali je w laboratorium. Dr Paul Riley powiedział: Zauważyliśmy, że potraktowane tymozyną beta 4 komórki dorosłego zwierzęcia miały tak samo duże możliwości jak komórki macierzyste w zakresie przekształcania się w zdrową tkankę serca. Nasze badanie udowodniło, że regeneracja naczyń krwionośnych w dorosłym sercu jest nadal możliwa. W przyszłości, jeśli uda nam się określić, w jaki sposób pokierować komórkami prekursorowymi za pomocą tymozyny beta 4, taką metodę terapii będzie można zastosować na własnych komórkach serca pacjenta. W ten sposób dałoby się obejść ryzyko odrzucenia przez układ odpornościowy przeszczepionych komórek macierzystych, które pochodzą przecież z innego źródła. Dodatkowa korzyść polega na tym, że potrzebne komórki znajdują się już we właściwym miejscu — wewnątrz samego serca. Studium sfinansowały Brytyjskie Stowarzyszenie Serca (British Heart Foundation; BHF) oraz Rada Badań Medycznych (Medical Research Council; MRC).