Kā pārvērst asins pilienu par universālu šūnu: cilmes šūnu revolucionāras ķimikālijas

Vēl nesen, lai pieauguša cilvēka šūnu pārvērstu pluripotentā šūnā (spējīgā pārvērsties par jebkura veida audiem), tajā bija jāievada “Jamanaka faktori”, izmantojot vīrusus vai DNS plazmīdas. Tagad pētnieki no ASV, Japānas un Francijas Dr. Fena Pena vadībā ir pierādījuši, ka tikai nelielu organisko molekulu kopums ir pietiekams, lai pārprogrammētu cilvēka perifēro asiņu šūnas ķīmiski inducētās pluripotentās cilmes (hCiPS) šūnās. Pētījums ir publicēts žurnālā “Cell Stem Cell”.

Kāpēc tas ir svarīgi?

• Drošība. Vīrusu vektoru un svešu gēnu neesamība samazina mutāciju un imūnsistēmas atgrūšanas risku.
• Daudzpusība: Asinis ir pieejams avots: nav nepieciešams ņemt ādas vai citu audu biopsijas.
• Ātrums. Tikai 12–14 dienas, nevis vairākas nedēļas vai mēneši, kā tas ir ar klasisko metodi.
• Tulkojamība. Ķīmiskās vielas ir viegli standartizēt un ražot atbilstoši GMP standartiem.

Divpakāpju ķīmiskās uzlaušanas protokols

1. Augstas plastiskuma stadija (plastmasas stāvoklis).

   • Asins šūnas (mononukleārās šūnas) tiek kultivētas vidē ar sešām mazām molekulām (nosauksim tās par TNT kompleksu). Starp tām:

     • GSK3β un MEK inhibitori,

     • Wnt signalizācijas modulatori,

     • HDAC inhibitori,

     • Specifiski SIRT1 agonisti.

   • 6–8 dienu laikā šūnas zaudē savus “asins” marķierus un iegūst ļoti plastiska epitēlija īpašības, kas ir gatavas aktivizēt pluripotentus gēnus.

2. Pluripotences konsolidācijas stadija.

   • Pievieno divas papildu molekulas, kas stimulē OCT4, SOX2 un NANOG gēnu, galveno pluripotences "galveno regulatoru", endogēno aktivāciju.

   • Nākamo 4–6 dienu laikā veidojas stabilas hCiPS šūnu kolonijas ar cilmes šūnu morfoloģiju un TRA-1-60 un SSEA-4 marķieru ekspresiju.

Ko zinātnieki ieguva?

• Efektivitāte: līdz pat 0,1% no sākotnējām asins šūnām veido pilnvērtīgas hCiPS kolonijas – salīdzināma ar tradicionālajām vīrusu metodēm.
• Funkcionalitāte: hCiPS šūnas spēj transformēties visos trijos embrionālo dīgļslāņos: neironos, kardiomiocītos, aknu šūnās, aizkuņģa dziedzera β-šūnās utt.
• Nav atlikušo "ķīmisko pirkstu nospiedumu": dziļā sekvencēšana neatklāja eksogēnās DNS integrāciju un epigenetisku stāvokli, kas ir tuvs embrionālajām cilmes šūnām.

Medicīnas perspektīvas

1. Hematopoētiskā reģenerācija. Autologās hCiPS šūnas var tikt novirzītas atpakaļ hematopoētiskajā līnijā, atjaunojot desmitiem imūnsistēmas un asins šūnu tipu leikēmiju un imūndeficītu gadījumos.
2. Organoīdi un transplantācija. Laboratorijā audzētas mini sirdis, aknas vai aizkuņģa dziedzeri no hCiPS šūnām kalpos kā slimību modelis un transplantācijas avots bez atgrūšanas riska.
3. Zāļu testēšana. Personalizēti slimības modeļi, kuru pamatā ir hCiPS, ļaus "replicēt" slimību no svītru asinīm un izvēlēties optimālu terapiju.
4. Kosmētiskā un neirodeģeneratīvā medicīna. hCiPS šūnu virzīta diferenciācija dermas stumbra un neironu sistēmās piedāvā jaunas pieejas psoriāzes, Alcheimera slimības un Parkinsona slimības ārstēšanā.

Kas tālāk?

• Efektivitātes uzlabošana. Mazo molekulu sastāva un kultivēšanas apstākļu optimizēšana, hCiPS koloniju ražas palielināšana.
• Drošība un ilgtermiņa novērošana. Genomiskās stabilitātes un ļaundabīgas transformācijas neesamības pārbaude in vivo.
• Klīniskie pētījumi. I/II fāze ar hCiPS produktu drošības un biopieejamības novērtējumu smagu asins slimību un kardiomiopātiju ārstēšanā.

“Pilnīga asins šūnu cilmes koda ķīmiskā pārstartēšana ir īsts izrāviens, kas paver durvis uz pieejamu un drošu šūnu medicīnu bez vīrusu iejaukšanās,” secina Dr. Fens Pens.

Autori norāda uz vairākiem svarīgiem punktiem:

• Drošība bez genoma
  “Eksogēno gēnu integrācijas neesamība hCiPS šūnu genomā samazina onkogēnas transformācijas un imūnsistēmas atgrūšanas risku, salīdzinot ar vīrusu metodēm,” uzsver Dr. Fens Pens, pētījuma vecākais autors.

• Protokola standartizējamība.
  “Ķīmiskā pieeja atvieglo cilmes šūnu ražošanas mērogošanu un standartizāciju GMP apstākļos — pietiek sagatavot sešu mazu molekulu šķīdumu un ievērot stingru laiku,” piebilst līdzautore profesore Marija Ļebedeva.

• Klīniskā perspektīva
  “Mēs plānojam novērtēt hCiPS šūnas leikēmijas un diabēta modeļos, lai redzētu, cik ātri tās atjauno hematopoēzi un β šūnas, neriskējot ar vīrusu vektoriem,” saka Dr. Džonatans Smits.

• Ilgtermiņa stabilitāte
  “Sākotnējie dati liecina, ka hCiPS saglabā genoma un epigenetisko stabilitāti pēc 20–30 pasāžām, kas ir svarīgi turpmākiem terapeitiskiem pielietojumiem,” norāda Dr. Aiko Yamamoto.

Šie komentāri uzsver, ka asins šūnu ķīmiskā pārveidošana pluripotentās cilmes šūnās apvieno drošību, standartizāciju un klīnisko potenciālu personalizētai reģeneratīvajai medicīnai.