Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Kyushu στην Ιαπωνία και την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ στις ΗΠΑ εντόπισαν γονίδια τα οποία μπορούν να «αναπρογραμματίσουν» τους ινοβλάστες – τον πιο κοινό τύπο κυττάρων του δέρματος και του συνδετικού ιστού – σε κύτταρα με ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες των προγονικών κυττάρων των άκρων.
Τα νέα ευρήματα που δημοσιεύονται στο επιστημονικό περιοδικό «Developmental Cell» προσφέρουν πολύτιμη γνώση σχετικά με την ανάπτυξη των ανθρώπινων (και όχι μόνο) άκρων και ανοίγουν τον δρόμο της αναγέννησής τους.
60 εκατομμύρια ακρωτηριασμένα άτομα παγκοσμίως
Σε παγκόσμιο επίπεδο σχεδόν 60 εκατομμύρια άτομα είναι ακρωτηριασμένα εξαιτίας διαφόρων ιατρικών λόγων όπως είναι οι όγκοι, οι λοιμώξεις και τα γενετικά ελαττώματα αλλά και εξαιτίας οδικών ή εργατικών ατυχημάτων καθώς και φυσικών καταστροφών όπως οι σεισμοί. Πολλά από αυτά τα άτομα ζουν με προσθετικά μέλη ωστόσο ερευνητές ανά τον κόσμο μελετούν τη διαδικασία ανάπτυξης των άκρων με σκοπό να τους χαρίσουν τα χαμένα άκρα τους μέσω της αναγεννητικής ιατρικής.
Η ερευνητική ομάδα προσδιόρισε ότι τρία γονίδια ήταν αρκετά για τον αναπρογραμματισμό των ινοβλαστών
«Κατά τη διαδικασία ανάπτυξης των άκρων τα προγονικά τους κύτταρα διαφοροποιούνται στους περισσότερους από τους ιστούς των άκρων όπως οι ιστοί των οστών, των μυών, του χόνδρου και των τενόντων. Είναι λοιπόν σημαντικό να βρεθεί ένας εύκολος τρόπος δημιουργίας αυτών των κυττάρων» ανέφερε ο δρ Γιούτζι Ατσούτα, επικεφαλής της μελέτης την οποία ξεκίνησε όταν εργαζόταν στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και τη συνεχίζει τώρα από τη θέση του λέκτορα στη Σχολή Επιστημών του Πανεπιστημίου Kyushu.
Οι σαλαμάνδρες είναι μια από τις ομάδες ζώων που αναγεννούν τα χαμένα άκρα τους (Science)
Οι υπάρχουσες μέθοδοι αναπρογραμματισμού
Σήμερα μια κοινή μέθοδος για να δημιουργήσουν οι επιστήμονες πρόδρομα κύτταρα των άκρων στο εργαστήριο αφορά τη χρήση εμβρύων που, στην περίπτωση των ανθρώπινων εμβρύων εγείρει ηθικά ζητήματα. Εναλλακτικά τα προγονικά αυτά κύτταρα μπορούν να δημιουργηθούν με χρήση επαγόμενων πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων (induced pluripotent stem cells, iPS) – πρόκειται για ενήλικα κύτταρα που αναπρογραμματίζονται ώστε να επιστρέψουν στο πολυδύναμο στάδιο των εμβρυϊκών κυττάρων και να μετατραπούν στη συνέχεια σε πλήθος διαφορετικών κυτταρικών τύπων του οργανισμού.
Τα πλεονεκτήματα της νέας μεθόδου
Η νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε από τον δρα Ατσούτα και τους συνεργάτες του, η οποία αναπρογραμματίζει απευθείας τους ινοβλάστες σε προγονικά κύτταρα των άκρων, απλοποιεί τη διαδικασία αναπρογραμματισμού και μειώνει σημαντικά το κόστος της. Παράλληλα ξεπερνά τον «σκόπελο» της πιθανής μετατροπής των κυττάρων σε καρκινικά, κάτι που συνδέεται συχνά με τα κύτταρα iPS.
Στην αρχική φάση της μελέτης οι ερευνητές αναζήτησαν τα γονίδια που εκφράζονται κατά την πρώιμη ανάπτυξη των άκρων σε έμβρυα ποντικού και κότας. Εντόπισαν 18 γονίδια που εκφράζονταν περισσότερο στους ιστούς των αναπτυσσόμενων άκρων των εμβρύων σε σύγκριση με τους άλλους ιστούς.
Τροποποίηση ινοβλαστών
Στη συνέχεια καλλιέργησαν ινοβλάστες εμβρύων ποντικών και εισήγαγαν σε αυτούς τα 18 γονίδια χρησιμοποιώντας ιούς ως «οχήματα μεταφοράς». Είδαν ότι οι τροποποιημένοι ινοβλάστες απέκτησαν τις ιδιότητες των προγονικών κυττάρων των άκρων και εμφάνισαν παρόμοια γονιδιακή έκφραση με τα συγκεκριμένα κύτταρα.
Τρία γονίδια ήταν τελικά αρκετά
Σε μια άλλη σειρά πειραμάτων η ερευνητική ομάδα προσδιόρισε ότι από τα 18 γονίδια τρία ήταν αρκετά για τον αναπρογραμματισμό των ινοβλαστών: επρόκειτο για τα Prdm16, Zbtb16 και Lin28a.
O δρ Ατσούτα και οι συνεργάτες του επιβεβαίωσαν ότι οι ινοβλάστες αναπρογραμματίστηκαν επιτυχώς σε κύτταρα που μπορούν να παράγουν ιστό των άκρων. Ανίχνευσαν τρεις συγκεκριμένες πρωτεΐνες οι οποίες εντοπίζονται στα φυσικά προγονικά κύτταρα των άκρων.Οι τρεις αυτές πρωτεΐνες παρουσιάζονται στην εικόνα με τρία διαφορετικά χρώματα: λευκό, μωβ και πράσινο (Yuji Atsuta)
Επιτυχημένα πειράματα in vitro και in vivo
Μάλιστα οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι τα αναπρογραμματισμένα προγονικά κύτταρα των άκρων είχαν εκτός από παρόμοια γονιδιακή έκφραση με τα φυσικά προγονικά κύτταρα των άκρων και παρόμοιες ιδιότητες. «Αυτά τα αναπρογραμματισμένα πρόδρομα κύτταρα δεν αποτελούν μόνο μοριακούς μιμητές. Επιβεβαιώσαμε την ικανότητά τους να μετατρέπονται σε εξειδικευμένους ιστούς των άκρων τόσο στο εργαστήριο – in vitro – όσο και σε ζωντανούς οργανισμούς – in vivo» σημείωσε ο δρ Ατσούτα και προσέθεσε ότι «τα πειράματα in vivo αποτέλεσαν για εμάς ιδιαίτερη πρόκληση καθώς χρειάστηκε να μεταμοσχεύσουμε τα αναπρογραμματισμένα κύτταρα ποντικών στα αναπτυσσόμενα άκρα εμβρύων κότας».
Σε αναζήτηση ασφαλέστερων «οχημάτων μεταφοράς»
Στα συγκεκριμένα πειράματα οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν λεντι-ιούς ως οχήματα για τη μεταφορά των γονιδίων απευθείας στο γονιδίωμα των κυττάρων, γεγονός που αυξάνει τον κίνδυνο να μετατραπούν τα κύτταρα σε καρκινικά. Τώρα αναζητούν άλλα ασφαλέστερα «οχήματα μεταφοράς» των γονιδίων όπως αδενοϊούς ή πλασμίδια που μεταφέρουν τα γονίδια στα κύτταρα χωρίς να εισάγουν τα γονίδια στο γονιδίωμά τους.
Πιθανό μια ημέρα τα φίδια να αποκτήσουν… πόδια
Αυτή τη στιγμή η ομάδα του καθηγητή Ατσούτα προσπαθεί να εφαρμόσει τη νέα μέθοδο σε ανθρώπινα κύτταρα με στόχο την ανάπτυξη αναγεννητικών θεραπειών αλλά και στα… φίδια των οποίων οι πρόγονοι διέθεταν άκρα τα οποία χάθηκαν κατά τη διαδικασία της εξέλιξης. «Τα αναπρογραμματισμένα προγονικά κύτταρα των άκρων που δημιουργήσαμε οδήγησαν και σε δημιουργία οργανοειδών που συνδέονται με την ανάπτυξη των άκρων. Ετσι φαίνεται πιθανό να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε μια ημέρα ιστούς των άκρων σε είδη που δεν διαθέτουν πλέον άκρα. Η μελέτη των φιδιών και η προσπάθεια αναγέννησης των άκρων σε αυτό το είδος μπορεί να αποκαλύψει νέα μονοπάτια και να οδηγήσει σε πολύτιμη γνώση για την εξελικτική βιολογία».
