Artykuły,Japonia news

Rafał P. A. Prost: Długo wyczekiwany Nobel dla Japończyka

Prof. Shinya Yamanaka (źródło: www.ucsf.edu)

Dnia 8 X 2012 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie Fizjologii lub Medycyny odebrali prof. Shinya Yamanaka i prof. Jan G. Gurdon za prace nad komórkami macierzystymi, a konkretnie za udowodnienie, że komórki macierzyste można uzyskiwać z dojrzałych komórek, a nie tylko z zarodków, jak uważano przez jakiś czas. Prof. Gurdon był w zasadzie pionierem, jak to stwierdzili dziennikarze, „cofania komórek do poziomu komórek macierzystych” (dokonał tego po raz pierwszy u żab w latach 60.), jednak warto zwrócić uwagę na prace 50-letniego prof. Yamanaki, ponieważ otworzyły one zupełnie nowy rozdział w pracach nad komórkami macierzystymi.

Prof. Shinya Yamanaka urodził się w 4 IX 1962 r. w Higashiōsaka. Jego Ojciec, przedsiębiorca, nie widział w nim talentu do interesów, dlatego namówił go by poszedł na medycynę. W 1987 r. uzyskał odpowiednik polskiego stopnia lekarza medycyny na Uniwersytecie w Kobe. Liczne kontuzje (średnio dwie rocznie) spowodowane uprawianiem tych sportów spowodowały że zainteresował się chirurgią urazową.  W tym samym roku rozpoczął pracę jako rezydent w Szpitalu Narodowym w Osace. Pracował tam 2 lata, jednak okazał się bardzo słabym chirurgiem. Kiedyś zdarzyło mu się operować łagodnego guza swojemu przyjacielowi, Shuichi Hiracie. Operację prowadził ponad godzinę (zwykle prowadzi się ją ok. 10-15 minut) i zakończyła się ona niepowodzeniem. Po tych niepowodzeniach wybrał karierę naukową. Doktoryzował się na Uniwersytecie w Osace w 1993 r. W latach 1993-1996 pracował w Instytucie Chorób Sercowo-Naczyniowych im. Gladstone’a  w San Francisco (USA). W latach 1996-1999 był asystentem z powrotem na Uniwersytecie w Osace, w latach 1999-2005 pracował na Uniwersytecie w Narze, do 2003 r. jako adiunkt, od 2003 r. jako profesor. Od 2005 r. jest profesorem na Uniwersytecie w Kyoto, gdzie dokonał swojego odkrycia, któremu zawdzięcza otrzymanie Nagrody Nobla. Odkrycia tego dokonał razem ze studentami ze swojego koła naukowego. Najbardziej aktywnym i obiecującym studentem z tego koła był niejaki Kazutoshi Takahashi. W 2012 r. prof. Yamanaka został prezesem Międzynarodowego Towarzystwa ds. Badań nad komórkami macierzystymi.

Komórki macierzyste są to komórki, które mają możliwość różnicowania do innych typów komórek. W zależności od ich możliwości różnicowania wyróżniamy komórki;

  • Totipotentne- zdolne do różnicowania do wszystkich typów komórek
  • Pluripotentne- zdolne do różnicowania do wszystkich typów komórek z wyjątkiem komórek rozrodczych
  • Multipotentne- zdolne do różnicowania się do kilku typów komórek o podobnych właściwościach
  • Unipotentne- zdolne do różnicowania do jednego typu komórek

Niektórzy wyróżniają jeszcze komórki macierzyste di- i tripotentne (zdolne do różnicowania się odpowiednio do dwóch i trzech typów komórek), jednak większość zalicza je do komórek multipotentnych.

Każdy z nas w pewnym momencie życia składał się z komórek macierzystych. Po zapłodnieniu dochodzi do podziału zygoty na coraz mniejsze komórki tzw. bruzdkowania. W pierwszej fazie bruzdkowania tworzy się morula składająca się z 16-32 komórek. Wszystkie te komórki mają charakter komórek macierzystych totipotentnych. W następnej fazie bruzdkowania dochodzi do tworzenia blastocysty. To właśnie w tym stadium zarodek zagnieżdża się w macicy. Wewnętrzna część blastocysty tzw. węzeł zarodkowy jest zbudowany z komórek o właściwościach komórek macierzystych pluripotentnych, które wzbudzają zainteresowanie.

Komórki macierzyste multipotentne i unipotentne znajdują się w dojrzałych tkankach (multipotentne m. in. w szpiku kostnym, unipotentne w mięśniach), jednak nie mają one potencjalnego znaczenia w medycynie.

Komórki macierzyste mają bardzo liczne potencjalne zastosowania w medycynie i pokrewnych dziedzinach. Mogą różnicować się np. do komórek nerwowych, w ten sposób zastępując uszkodzone komórki nerwowe, co daje duże nadzieje na opanowanie ciężkich chorób układu nerwowego. Komórki macierzyste zróżnicowane do komórek kręgosłupa sprawdziły się również u myszy z urazami kręgosłupa, co daje nadzieję na zastosowanie tej terapii u ludzi. Również z powodzeniem zróżnicowano komórki macierzyste w komórki mięśnia sercowego i wątroby.

Kolejnym zastosowaniem są badania nad molekularnymi mechanizmami rozwoju chorób o podłożu genetycznym, co ma na celu opracowanie terapii tych chorób. W tej chwili trwają już tego typu badania nad komórkami pobranymi od osób cierpiących na ciężki złożony niedobór odporności spowodowany mutacją w genie ADA-SCID, wrodzoną lipomatozę trzustki, chorobę Gauchera typu III, dystrofie mięśniowe Duchenne’a i Beckera, stwardnienie zanikowe boczne, chorobę Parkinsona, Huntingtona, młodzieńczą postać cukrzycy oraz zespół Downa. Badania prowadzi zespół pod kierownictwem prof. Jerzego Daley’a z Uniwersytetu Harvarda.

Komórki macierzyste mogą również znaleźć zastosowanie w testowaniu leków, np. tych przeznaczonych do stosowania w stwardnieniu zanikowym bocznym, a także znacznie usprawnić skuteczność badań toksyczności różnych substancji.

Początkowo rozważano pobieranie komórek macierzystych bezpośrednio z blastocyst, jednak było to równoznaczne z przerwaniem życia zarodkowego. Wiązało się to z licznymi problemami natury etycznej. Warto sobie uświadomić, jak już pisałem powyżej, że w pewnym momencie życia każdy z nas składał się z komórek macierzystych. Nie da się ukryć że z naukowego punktu widzenia organizm, który ma zdolność do podziałów komórkowych jest już żywym organizmem a zdolność do podziałów komórkowych mamy od momentu zapłodnienia.

Prof. Shinya Yamanaka, który początkowo również prowadził badania nad komórkami macierzystymi pobieranymi z ludzkich embrionów opowiada w jednym z wywiadów jak oglądał kiedyś pod mikroskopem embriony i w tym momencie przyszło mu do głowy, że niewiele różnią się one od jego nastoletnich córek. Te właśnie przemyślenia skłoniły go do poszukiwania innych możliwości pozyskiwania komórek macierzystych, bez konieczności niszczenia embrionów.

Sukces nadszedł już w 2006 r. Wówczas udało mu się, razem ze studentami z jego koła naukowego, przede wszystkim niejakim Takahashim, uzyskać komórki macierzyste z komórek skóry (fibroblastów) ogona myszy. W tym celu infekowali komórki skóry retrowirusami (czyli wirusami, w których materiałem genetycznym jest RNA a nie DNA). Retrowirusy wbudowywały swój materiał genetyczny w materiał genetyczny komórek skóry i w efekcie powodowały nadekspresję czterech genów;  Oct 3/4 , Sox 2, Klf4 oraz c-Myc. Pierwsze dwa (Oct3/4 i Sox2) są niezbędne by spowodować możliwość różnicowania się otrzymanych komórek do innych komórek, natomiast ostatnie dwa geny (Klf4 i c-Myc) mają charakter onkogenów i służą do wzbudzenia podziałów komórek. W wyniku kolejnych podziałów komórki przekształcały się z wydłużonych komórek skóry w okrągłe komórki macierzyste. Wyniki swoich badań opublikowali w czasopiśmie „Nature”, zaś rok później ten sam eksperyment udał się u człowieka. Była to dość duża niespodzianka dla większości naukowców, którzy do tej pory twierdzili że aby uzyskać komórki macierzyste z dojrzałych komórek trzeba by wywołać nadekspresję ok. 100 genów.

Po ich odkryciu inni naukowcy zaczęli uzyskiwać komórki macierzyste również z innych tkanek i narządów ludzkich tj. ze szpiku kostnego (Yu i wsp, 2007), komórek wątroby (Aoi i wsp., 2008), żołądka (Aoi i wsp, 2008), układu nerwowego (Kim i wsp, 2009), skóry właściwej (Tsai i wsp, 2010).

Mimo wielkiej nadziei, którą dają komórki macierzyste, są również problemy. Retrowirusy wszczepiane do komórek, mogą również spowodować nowotwory. Jest to spowodowane nadekspresją onkogenów, zwłaszcza onkogenu c-Myc. Co prawda, w komórkach po zróżnicowaniu zachodzi metylacja czynników wirusowych, która powoduje wyciszenie ekspresji m. in. onkogenu, jednak pod wpływem bodźców zewnętrznych może dojść do reaktywacji ekspresji genów. Tą hipotezę udowodnił w swoich badaniach prof. Shi Liu, który jest największym krytykiem tegorocznej Nagrody Nobla (kilkakrotnie wysyłał do komisji noblowskiej list, w którym sprzeciwił się przyznawaniu prof. Yamanace Nagrody Nobla). Są jednak sposoby rozwiązania tego problemu.

Jednym ze sposobów jest wprowadzanie zamiast retrowirusów innych rodzajów wirusów. Zastosowano już do tego adenowirusy (Stadtfeld, 2008), lentiwirusy (Yu, 2007), wirus Sendai (Fusaki, 2009), plazmidy (Okita, 2008), modyfikowane białka (Zhou, 2009). Jednak wprowadzanie innych wektorów, mimo znacznego zmniejszenia ryzyka nowotworów powodują też zmniejszenie wydajności procesów. Dlatego zaczęto poszukiwać innych sposobów na zmniejszenie ryzyka nowotworów.

Kolejnym bardzo obiecującym sposobem jest usunięcie wprowadzonych genów już po rozpoczęciu różnicowania komórki macierzystej. W jednej z metod usuwania materiału wirusowego geny wprowadzone przez wirusa są otaczane przez sekwencje lox2, które są rozpoznawane przez rekombinazę bakteryjną Cre i usuwane razem z otoczonymi przez nie genami wirusa. Duże nadzieje wiąże się też z tzw. systemem piggyBack. Polega on na wprowadzaniu do komórki transpozonów, które mogą przenosić nici DNA o znacznej długości. Dzieje się tak pod wpływem enzymu transpozazy, która później również powoduje usunięcie transpozonów z komórek.

Jeszcze jedną metodą redukcji rakotwórczości komórek macierzystych jest odejście od wywoływania nadekpresji onkogenów (zwłaszcza c-Myc, ale również Klf4) i zastąpienie ich substancjami bezpieczniejszymi. Udało się to już u myszy. Według autorów badań zmniejszyło to ryzyko nowotworu do zera.

Wszystkie powyższe metody jak i inne, niewspomniane przeze mnie wyżej lub jeszcze nieznane, mogą w przyszłości dać nadzieję na szerokie wykorzystanie komórek macierzystych i ulżenie cierpieniom wielu ludzi. Miejmy nadzieję, że tak się stanie.

Myślę, że wiadomość o uzyskania Nagrody Nobla z dziedziny Fizjologii i Medycyny powinna ucieszyć wszystkich. Komórki macierzyste stanowią nadzieję dla wielu chorych osób, szczególnie na choroby genetyczne, które są bardzo dużym utrudnieniem dla wielu ludzi i ich rodzin. Również istotny jest fakt, iż mimo przesadzonego sceptycyzmu wielu naukowców udało się odkryć sposób na uzyskiwanie komórek macierzystych bez ingerencji w ludzkie życie, które moim zdaniem jest jednoznacznie negatywne moralnie.

Rafał P. A. Prost, Student Uniwersytetu Medycznego w Lublinie (Wydział Farmaceutyczny). Zainteresowany Azją.

Udostępnij:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
Rafał P. A. Prost: Długo wyczekiwany Nobel dla Japończyka Reviewed by on 17 października 2012 .

Dnia 8 X 2012 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie Fizjologii lub Medycyny odebrali prof. Shinya Yamanaka i prof. Jan G. Gurdon za prace nad komórkami macierzystymi, a konkretnie za udowodnienie, że komórki macierzyste można uzyskiwać z dojrzałych komórek, a nie tylko z zarodków, jak uważano przez jakiś czas. Prof. Gurdon był w zasadzie pionierem, jak

Udostępnij:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

O AUTORZE /

Avatar

Pozostaw odpowiedź