Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Przełom w wykorzystaniu komórek macierzystych

Recommended Posts

Po raz pierwszy w historii naukowcom udało się skutecznie zastymulować embrionalne komórki macierzyste do różnicowania w kierunku komórek beta trzustki.

Komórki beta jako jedyne w organizmie są zdolne do produkcji insuliny - hormonu odpowiedzialnego za obniżenie poziomu glukozy we krwi. Brak lub niedobór jej aktywności jest przyczyną cukrzycy, czyli niekontrolowanego wzrostu poziomu glukozy we krwi. Tzw. cukrzyca typu I jest w większości przypadków związana z uszkodzeniem komórek beta - nie dziwi więc, że ich odtworzenie może być doskonałym środkiem trwałego leczenia tej choroby. Rozwiązanie problemu cukrzycy jest wielkim wyzwaniem dla medycyny - w samych tylko Stanach Zjednoczonych na cukrzycę typu I chorych jest aż 2 mln osób. Badania przeprowadzone przez firmę biotechnologiczną Novocell są pierwszą skuteczną próbą przeprowadzenia różnicowania embrionalnych komórek macierzystych w kierunku komórek beta.

Ze względów etycznych badań nie przeprowadzono na ludziach, lecz wykorzystano jedynie ludzkie komórki embrionalne (ESC - ang. Embryonic Stem Cells), wszczepione odpowiednio dobranym myszom. Zwierzęta te miały upośledzony układ odpornościowy, co zapobiegało odrzuceniu przeszczepu, do którego u zdrowych myszy doszłoby natychmiast po transplantacji.

Już kilka miesięcy temu udało się poznać część sygnałów biochemicznych regulujących rozwój ESC w kierunku komórek beta. Udało się także wytworzyć komórki zdolne do produkcji insuliny, lecz nie wykazywały one drugiej równie ważnej cechy komórek beta: reakcji na poziom glukozy w otoczeniu. Bez tego niemożliwe byłoby zastosowanie takich komórek do regulacji poziomu glukozy we krwi pacjenta. Ostatni eksperyment przyniósł przełom w tej dziedzinie.

W związku z niepowodzeniem, naukowcy postanowili pokonać problem "okrężną drogą". Zamiast próby hodowli w pełni funkcjonalnych komórek beta dokonali tego, co udało się zrobić wcześniej: doprowadzono do różnicowania ESC do komórek endodermy trzustki. Odpowiadają one tkance istniejącej u ludzi w 6.-9. tygodniu życia płodowego. Z takich komórek powstają z kolei komórki beta. Resztę zadania powierzono samej naturze: niedojrzałe komórki wszczepiono do mysiej trzustki z nadzieją, że pozostałe sygnały zostaną dostarczone przez naturalne mikrośrodowisko wewnątrz tego organu.

Po trzydziestu dniach po implantacji, naukowcy odkryli obecność we krwi ludzkiego peptydu C - produktu pośredniego świadczącego o rozpoczęciu syntezy insuliny. Po kolejnym miesiącu stwierdzono wzrost ilości peptydu C po podaniu glukozy, co świadczyło o zdolności do syntezy ludzkiej insuliny w odpowiedzi na poziom tego cukru. Dokładnie taki cel postawili przed sobą pracownicy Novocellu.

Ostatnim etapem eksperymentu było podanie myszom toksyny, która selektywnie zabija mysie komórki beta, pozostawiając ich ludzki odpowiednik przy życiu. Wynik doświadczenia (tzn. utrzymanie zdolności do regulacji poziomu glukozy i produkcja ludzkiej insuliny) potwierdził ostatecznie, że myszy po przeszczepie miały w swoich trzustkach komórki beta pochodzenia ludzkiego.

Teresa Ku, pracująca dla kalifornijskiego Instytutu Badawczego Beckmana, podkreśla ważność tego odkrycia dla całej gałęzi nauki związanej z komórkami macierzystymi. Jej zespół również pracował nad wytworzeniem komórek beta z ESC, lecz nie odniósł do tej pory sukcesu. Z kolei przedstawiciele Novocellu są w trakcie konsultacji z amerykańskim urzędem odpowiedzialnym m.in. za rejestrację leków (FDA - Food and Drug Administration). Rozmowy mają na celu ustalenie dodatkowych testów bezpieczeństwa przed ewentualnym rozpoczęciem analogicznych testów na ludziach. Dotychczas bowiem nie wiadomo m.in., czy wszczepione myszom komórki są zdolne do podziałów, czy też po pewnym czasie obumrą i potrzebna będzie kolejna transplantacja.

Wyniki przełomowych badań opublikowano w najnowszym wydaniu czasopisma Nature Biotechnology.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Osoby z cukrzycą typu 1. nawet po kilkudziesięciu latach od postawienia diagnozy nadal wytwarzają insulinę. To ogromne zaskoczenie dla naukowców, którzy sądzili, że komórki beta wysp Langerhansa ulegają zniszczeniu w ciągu kilku lat.
      Denise Faustman z Massachusetts General Hospital w Bostonie badała surowicę krwi 182 cukrzyków pod kątem występowania peptydu C. Peptyd ten stanowi część proinsuliny. Jest wycinany podczas uwalniania insuliny z trzustki i razem z nią dostaje się do krwioobiegu. Oznacza to, że powstaje w organizmie wyłącznie przy okazji produkcji insuliny (w stosunku 1:1).
      Amerykanka wykryła peptyd C we krwi 80% pacjentów, u których cukrzycę typu 1. zdiagnozowano w ciągu ostatnich 5 lat. Co więcej, znalazła go u 10% chorych zdiagnozowanych 31-40 lat temu. Sugeruje to, że lecząc cukrzycę typu 1., można próbować chronić ocalałe komórki beta lub je regenerować.
      Zespół Faustman wykorzystał ultraczuły test - dolna granica jego możliwości to 1,5 pmol/l. Określano związek czasu trwania choroby, wieku, płci oraz miana przeciwciał antywyspowych z produkcją peptydu C. Inną grupę 4 pacjentów obserwowano przez 20 tyg., by określić poziom i działanie peptydu C.
      Nawet przy stężeniach peptydu C rzędu 2,8 ± 1,1 pmol/l występowała reakcja na hiperglikemię - produkcja peptydu nasilała się, co jak podkreślają akademicy, wskazuje na resztkowe funkcjonowanie komórek beta. Nieoczekiwanie dla Faustman i innych okazało się, że początek cukrzycy powyżej 40. r.ż. wiąże się z niższą produkcją peptydu C (chorując krócej, starsi pacjenci mieli w surowicy mniej peptydu C niż chorujące dłużej młodsze osoby).
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Wolnego Uniwersytetu w Brukseli opracowali metodę, która pozwala na ukierunkowanie procesu różnicowania embrionalnych komórek macierzystych w sposób niezależny od chemicznych czynników wzrostowych uznawanych za niezbędne dla zajścia tego zjawiska. Jak wykazali, w drogach oddechowych różnicowanie może zachodzić spontanicznie w reakcji na bodźce fizyczne charakterystyczne dla tej lokalizacji.
      Swój eksperyment badacze z belgijskiej uczelni rozpoczęli od standardowej hodowli embrionalnych komórek macierzystych (ang. embryonic stem cells - ESC). W tym celu umieszczono je na porowatej membranie, pod którą znajdowały się tzw. komórki karmiące (ang. feeder cells), których zadaniem było dostarczanie ESC substancji niezbędnych do ich wzrostu (nie wywoływały one jednak różnicowania w komórki dojrzałe). 
      Powierzchnię membrany zalano z kolei specjalną pożywką zawierającą dodatkowe czynniki stymulujące przemianę w dojrzałe komórki dróg oddechowych. Tak przygotowane komórki hodowano przez cztery dni, podczas których co 24 godziny dodawano świeżej pożywki.
      Po zakończeniu pierwszego etapu eksperymentu pożywkę znad membrany usunięto, zaś ESC wystawiono na działanie powietrza przy zachowaniu dopływu płynu i czynników wytwarzanych przez komórki karmiące. Miało to symulować środowisko dróg oddechowych, w którym dojrzewające komórki z jednej strony mają kontakt z powietrzem, a z drugiej - z krwią.
      Po 25 dniach ekspozycji na powietrze w naczyniu stwierdzono obecność komórek wyraźnie różnicujących się w kierunku elementów nabłonka dróg oddechowych. Podobnego zjawiska nie zaobserwowano w naczyniach kontrolnych, w których nad membraną zamiast powietrza znajdowała się płynna pożywka bez składników stymulujących różnicowanie. Oznacza to, że czysto fizyczny czynnik, jakim jest kontakt z powietrzem, może zastąpić mieszankę chemicznych stymulatorów różnicowania i uruchomić program przekształcania się ESC w komórki dojrzałe.
      Przeprowadzone doświadczenie jest nie tylko jedną z pierwszych udanych prób stymulacji komórek macierzystych do różnicowania za pomocą czynników fizycznych. Przede wszystkim dostarcza ono ważnych informacji na temat procesów decydujących o powstaniu nabłonka dróg oddechowych. Wiedza ta może się więc przydać m.in. podczas leczenia wielu chorób układu oddechowego.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W warunkach mikrograwitacji w komórkach macierzystych dochodzi do ekspresji innych białek niż przy normalnym ciążeniu. Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii wierzą, że to właśnie to zjawisko stanowi przyczynę części tzw. chorób kosmicznych, w tym zmniejszenia gęstości kości czy zaniku mięśni.
      Dr Brendan Burns, Elizabeth Blaber i Helder Marcal posłużyli się bioreaktorem opracowanym przez NASA (ang. rotating-wall vessel, RWV), dzięki któremu można symulować mikrograwitację z niskiej orbity okołoziemskiej.
      Australijczycy wyizolowali i zidentyfikowali białka powstające w takich warunkach. Okazało się, że 75% białek mikrograwitacyjnych nie występowało w komórkach hodowanych w warunkach typowo ziemskich.
      Wiele prac poświęcono badaniu mikrograwitacji na poziomie układowym, np. wpływowi na układ odpornościowy, jednak nikt tak naprawdę nie przyglądał się jej oddziaływaniom na poziomie molekularnym i myślimy, że to spora luka.
      Naukowcy zaobserwowali np. nasilone powstawanie białek powodujących obniżenie gęstości kości (pewnego rodzaju białek morfogenetycznych kości, ang. bone morphogenic proteins, BMPs). Choć od dawna wiadomo było, że mikrograwitacja oddziałuje na gęstość kości, dotąd nikt nie miał pojęcia, na jakie konkretnie geny i białka wpływa. Akademicy z Nowej Południowej Walii wpadli też na trop innego ważnego zjawiska. Osłabione ciążenie ograniczało wytwarzanie przez komórki przeciwutleniaczy, które chronią przed uszkodzeniami DNA.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół kierowany przez prof. Karima Nayernia z Uniwersytetu w Newcastle opracował metodę pozwalającą na uzyskanie plemników z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych. Nowa technika jest istotnym krokiem naprzód w badaniach nad biologią człowieka i niepowodzeniami rozrodu.
      Z przeprowadzonego eksperymentu wynika, że przekształcenie embrionalnych komórek macierzystych (ang. embryonic stem cells - ES) w plemniki wymaga wzbogacenia pożywki, w której są one hodowane, o zaledwie jeden związek. Jest nim kwas retinowy, jedna z pochodnych witaminy A. Pod jego wpływem we wnętrzu ES aktywowany zostaje program niemal identyczny z procesem wytwarzania plemników w organizmie mężczyzny.
      Podczas doświadczenia wykazano, że do rozwoju plemników konieczna jest obecność męskiego chromosomu płciowego, opisywanego literą Y, w wyjściowej komórce macierzystej. Próby wytworzenia męskich komórek rozrodczych z żeńskich ES regularnie kończyły się obumarciem komórek potomnych jeszcze przed przekształceniem do formy dojrzałej komórki płciowej.
      Ze względu na uwarunkowania prawne komórki uzyskane dzięki nowej metodzie nie mogą być wykorzystywane jako materiał do zapłodnienia in vitro w przypadku niepowodzeń rozrodu. Można się jednak spodziewać, że możliwość wytwarzania plemników w warunkach laboratoryjnych pozwoli na ścisłą obserwację tego procesu oraz zrozumienie czynników decydujących o jego powodzeniu. Zdobyta w ten sposób wiedza może się okazać bardzo pomocna dla par starających się o potomstwo.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      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. 
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...