123RF
Pomnażanie zasobów komórek macierzystych
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 12.08.2021
Źródło: Komisja Europejska/CORDIS
Komórki macierzyste nie tylko ratują życie pacjentów onkologicznych, ale także mogą zostać wykorzystane w leczeniu chorób genetycznych. Znalezienie sposobu na ich masową produkcję stanowi ważny krok, który umożliwi uwolnienie ich pełnego potencjału.
Każdego roku ponad 30 tys. pacjentów w Europie otrzymuje przeszczep komórek macierzystych, jednak wciąż brakuje odpowiednich dawców. Zespół wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu UNEXPECTED podjął próbę rozwiązania tej kwestii, starając się znaleźć sposób na hodowlę komórek macierzystych poza organizmem człowieka.
– Przeszczep komórek macierzystych stosuje się nie tylko w leczeniu nowotworów krwi. Edycja genów pozwala na leczenie chorób genetycznych z wykorzystaniem komórek macierzystych. Skoro można wprowadzać zmiany na poziomie pojedynczej komórki macierzystej, być może uda się zrobić to samo w przypadku całego organizmu – mówi Jonas Larsson, koordynator projektu.
Jednak aby metoda ta stała się skuteczną i zrównoważoną terapią, należy znaleźć sposób na pomnożenie dostępnych zasobów komórek macierzystych. Nie jest to jednak takie proste, ponieważ komórki macierzyste hodowane w kulturach szybko dojrzewają i różnicują się, tracąc swoje korzystne właściwości.
– Jest to zatem nie lada wyzwanie. Komórki macierzyste mają ogromny potencjał, ale kiedy znajdą się w naczyniu hodowlanym, natychmiast go tracą – dodaje Larsson. Współpracując z zespołem naukowców z Uniwersytetu w Lund, Larsson postanowił rozpoznać kluczowe sieci regulacyjne, które utrzymują komórki macierzyste w niezróżnicowanym stanie.
Badanie przesiewowe genów
Aby tego dokonać, Larsson i jego zespół wystawili klastry komórek macierzystych na działanie cząstek wirusowych wyposażonych w inhibitory genu, wykorzystując interferencję RNA (RNAi) i CRISPR. Każda cząsteczka wirusowa zainfekowała jedną komórkę, obierając za cel pojedynczy gen i pozostawiając charakterystyczny znacznik cząsteczkowy.
– Ta metoda badań przesiewowych jest na swój sposób prosta, ponieważ komórki macierzyste zazwyczaj się różnicują. Musimy jedynie rozpoznać te, które się nie zróżnicowały, i ustalić, jakie czynniki genetyczne umożliwiły im utrzymanie swoich właściwości – wyjaśnia Larsson.
W toku prac odkryto ponad dwanaście genów, których ekspresja lub wyciszanie może zapobiec różnicowaniu się komórki macierzystej. W przypadku tych stanowiących część znanych szlaków sygnałowych Larsson i jego zespół zastosowali gotowe inhibitory farmaceutyczne, które mogą zakłócić aktywność danego genu.
Ostatecznym celem naukowców nie jest edycja genów komórek macierzystych, ale sformułowanie protokołu, który uniemożliwi im różnicowanie się w kulturze. Inhibitory farmaceutyczne są następnie usuwane z komórek przed ich przeszczepem.
Aby zagwarantować, że zachowają swoje właściwości, Larsson przeszczepił wyhodowane komórki macierzyste do organizmu myszy. – Markery na powierzchni komórek macierzystych wskazują na ich zdolność do różnicowania się, ale najlepszym testem jest wykazanie, że są one zdolne do regeneracji krwi u biorcy – mówi badacz.
Wskazówki dotyczące nowotworu
Dotychczasowe wyniki uzyskane przez Larssona i jego współpracowników są obiecujące, dlatego zespół postanowił opublikować kilka artykułów poświęconych tym badaniom. Naukowcy zidentyfikowali kilka genów, które uniemożliwiają wzrost komórek macierzystych w hodowli, czemu zaradzić mogą inhibitory farmaceutyczne.
Opisali oni również rolę kilku genów w komórkach nowotworowych. – Rosnąca komórka macierzysta jest w pewnym sensie odpowiednikiem komórki nowotworowej, ponieważ obie mają nieograniczony potencjał wzrostu, dlatego niektóre z tych genów odgrywają ważną rolę w rozwoju nowotworów, zwłaszcza nowotworów krwi. Chociaż nasze plany nie przewidywały tego kierunku badań, było to ekscytujące odkrycie – zauważa Larsson.
– Przeszczep komórek macierzystych stosuje się nie tylko w leczeniu nowotworów krwi. Edycja genów pozwala na leczenie chorób genetycznych z wykorzystaniem komórek macierzystych. Skoro można wprowadzać zmiany na poziomie pojedynczej komórki macierzystej, być może uda się zrobić to samo w przypadku całego organizmu – mówi Jonas Larsson, koordynator projektu.
Jednak aby metoda ta stała się skuteczną i zrównoważoną terapią, należy znaleźć sposób na pomnożenie dostępnych zasobów komórek macierzystych. Nie jest to jednak takie proste, ponieważ komórki macierzyste hodowane w kulturach szybko dojrzewają i różnicują się, tracąc swoje korzystne właściwości.
– Jest to zatem nie lada wyzwanie. Komórki macierzyste mają ogromny potencjał, ale kiedy znajdą się w naczyniu hodowlanym, natychmiast go tracą – dodaje Larsson. Współpracując z zespołem naukowców z Uniwersytetu w Lund, Larsson postanowił rozpoznać kluczowe sieci regulacyjne, które utrzymują komórki macierzyste w niezróżnicowanym stanie.
Badanie przesiewowe genów
Aby tego dokonać, Larsson i jego zespół wystawili klastry komórek macierzystych na działanie cząstek wirusowych wyposażonych w inhibitory genu, wykorzystując interferencję RNA (RNAi) i CRISPR. Każda cząsteczka wirusowa zainfekowała jedną komórkę, obierając za cel pojedynczy gen i pozostawiając charakterystyczny znacznik cząsteczkowy.
– Ta metoda badań przesiewowych jest na swój sposób prosta, ponieważ komórki macierzyste zazwyczaj się różnicują. Musimy jedynie rozpoznać te, które się nie zróżnicowały, i ustalić, jakie czynniki genetyczne umożliwiły im utrzymanie swoich właściwości – wyjaśnia Larsson.
W toku prac odkryto ponad dwanaście genów, których ekspresja lub wyciszanie może zapobiec różnicowaniu się komórki macierzystej. W przypadku tych stanowiących część znanych szlaków sygnałowych Larsson i jego zespół zastosowali gotowe inhibitory farmaceutyczne, które mogą zakłócić aktywność danego genu.
Ostatecznym celem naukowców nie jest edycja genów komórek macierzystych, ale sformułowanie protokołu, który uniemożliwi im różnicowanie się w kulturze. Inhibitory farmaceutyczne są następnie usuwane z komórek przed ich przeszczepem.
Aby zagwarantować, że zachowają swoje właściwości, Larsson przeszczepił wyhodowane komórki macierzyste do organizmu myszy. – Markery na powierzchni komórek macierzystych wskazują na ich zdolność do różnicowania się, ale najlepszym testem jest wykazanie, że są one zdolne do regeneracji krwi u biorcy – mówi badacz.
Wskazówki dotyczące nowotworu
Dotychczasowe wyniki uzyskane przez Larssona i jego współpracowników są obiecujące, dlatego zespół postanowił opublikować kilka artykułów poświęconych tym badaniom. Naukowcy zidentyfikowali kilka genów, które uniemożliwiają wzrost komórek macierzystych w hodowli, czemu zaradzić mogą inhibitory farmaceutyczne.
Opisali oni również rolę kilku genów w komórkach nowotworowych. – Rosnąca komórka macierzysta jest w pewnym sensie odpowiednikiem komórki nowotworowej, ponieważ obie mają nieograniczony potencjał wzrostu, dlatego niektóre z tych genów odgrywają ważną rolę w rozwoju nowotworów, zwłaszcza nowotworów krwi. Chociaż nasze plany nie przewidywały tego kierunku badań, było to ekscytujące odkrycie – zauważa Larsson.
