Inženjeri pretvaraju ćelije kože direktno u neurone za ćelijsku terapiju

Novi, veoma efikasan proces za izvođenje ove konverzije mogao bi olakšati razvoj terapija za oštećenja kičmene moždine ili bolesti poput amiotrofične lateralne skleroze.

Pretvaranje jednog tipa ćelije u drugi – na primer, ćelije kože u neuron – može se uraditi putem procesa koji zahteva da ćelija kože bude indukovana u „pluripotetnu“ matičnu ćeliju, diferenciranu u neuron. Istraživači iz Masačusetskog instituta za tehnologiju osmislili su pojednostavljen proces koji preskače fazu matične ćelije, pretvarajući ćeliju kože direktno u neuron.

Preporučujemo

Radeći sa mišjim ćelijama, razvili su visokoefikasan metod konverzije koji može da proizvede više od 10 neurona iz jedne ćelije kože. Reprodukovan u ljudskim ćelijama, ovaj pristup bi mogao proizvesti velike količine motornih neurona, koji bi se mogli upotrebiti za tretiranje oštećenja kičmene moždine ili bolesti koje narušavaju pokretljivost.

Ove ćelije bi mogle biti kandidati za terapije putem zamene ćelija – do toga mogu dovesti ovi tipovi tehnologija reprogramiranja, kaže Kejti Galovej, profesorica biomedicinskog i hemijskog inženjeringa.

Kao prvi korak u razvoju ovih ćelija radi terapije, istraživači su pokazali da mogu proizvesti motorne neurone i implantirati ih u mozgove miševa, gde su se integrisale sa tkivom domaćina.

Od kože do neurona

Pre skoro 20 godina, naučnici u Japanu su pokazali da ubacivanjem četiri faktora transkripcije u ćelije kože mogu navesti te ćelije da postanu indukovane pluripotentne matične ćelije (iPSC). Slično embrionskim matičnim ćelijama, iPSC se mogu diferencirati u mnoge druge tipove ćelija. Ova tehnika dobro funkcioniše, ali joj treba nekoliko nedelja i mnoge od ćelija ne ostvare potpunu tranziciju u razvijene tipove ćelija.

„Čest problem u reprogramiranju je da ćelije mogu da se zaglave u prelaznim fazama. Zato koristimo direktnu konverziju – umesto putem posredne iPSC faze idemo direktno od telesne ćelije do motornog neurona“, kaže Galovej.

Istraživači su ranije demonstrirali ovaj tip direktne konverzije, ali sa vrlo malim nivoom proizvodnje – manje od 1%. U prethodnom radu je upotrebljena kombinacija šest faktora transkripcije plus dva druga proteina koji stimulišu ćelijsku proliferaciju. Svaki od tih osam gena je bio dostavljen posebnim virusnim vektorom, zbog čega je bilo teško osigurati da svaki bude izražen na odgovarajućem nivou u svakoj ćeliji.

Nova studija je pokazala kako ćelije kože mogu da se pretvore u motorne neurone pomoću samo tri faktora transkripcije, plus dva gena koja dovode ćelije u stanje visoke proliferacije.

Koristeći mišje ćelije, istraživači su počeli sa prvobitnih šest faktora transkripcije i eksperimentisali isključivajući jedan po jedan, dok nisu stigli do kombinacije tri – NGN2, ISL1 i LHX3 – koja je uspešno dovršila konverziju u neurone.

Kad je broj gena sveden na tri, istraživači su mogli da koriste jedan modifikovani virus za dostavljanje sva tri gena, što je omogućilo da se osigura da svaka ćelija izražava svaki gen na odgovarajućim nivoima.

Pomoću posebnog virusa, takođe su dostavljeni geni koji kodiraju p53DD i mutiranu verziju HRAS. Ovi geni podstiču ćelije kože da se dele više puta pre nego što počnu da se pretvaraju u neurone, omogućavajući mnogo veću proizvodnju neurona, oko 1.100 procenata.

Sa ekspresijom faktora transkripcije na zaista visokim nivoima u ćelijama bez proliferacije, stope reprogramiranja bile bi vrlo male, ali hiperproliferativne ćelije su prijemčivije – kao da imaju potencijal za konverziju i onda postanu mnogo prijemčivije za nivoe faktora transkripcije, kažu istraživači.

Takođe je razvijena malo drugačija kombinacija faktora transkripcije koja je omogućila istu direktnu konverziju kod ljudskih ćelija, ali sa manjom efikasnošću – između 10 i 30 procenata. Za ovaj proces je potrebno oko pet nedelja, što je malo brže od konverzije ćelija prvo u iPSC, a onda u neurone.

Implantacija ćelija

Pošto je identifikovana optimalna kombinacija gena, počeo je rad na pronalasku najboljih načina za dostavu.

Istraživači su isprobali tri virusa i otkrili da je retrovirus postigao najefikasniju konverziju. Redukcija gustine ćelija uzgojenih u laboratoriji takođe je doprinela proizvodnji motornih neurona. Ovaj optimizovani proces, za koji je potrebno oko dve nedelje u slučaju mišjih ćelija, povećao je proizvodnju za više od 1.000 procenata.

U saradnji sa kolegama sa Bostonskog univerziteta, istraživači su zatim testirali da li dobijeni motorni neuroni mogu uspešno da se implantiraju u miševe. Dostavili su ćelije do dela mozga poznatog kao strijatum, koji je uključen u motornu kontrolu u druge funkcije.

Nakon dve nedelje, otkriveno je da su mnogi neuroni preživeli i da izgleda formiraju veze sa drugim moždanim ćelijama. Prilikom uzgoja u laboratoriji, ove ćelije su pokazivale značajnu električnu aktivnost i kalcijumsku signalizaciju, ukazujući na sposobnost komunikacije sa drugim neuronima. Istraživači se nadaju da će istražiti mogućnost implantacije ovih neurona u kičmenu moždinu.

Takođe se nadaju da će povećati efikasnost procesa za konverziju ljudskih ćelija, omogućavajući proizvodnju velikih količina neurona koji bi se mogli koristiti za tretman oštećenja kičmene moždine ili bolesti koje pogađaju motornu kontrolu.

Klinička ispitivanja neurona dobijenih iz iPSC za tretiranje amiotrofične lateralne skleroze su u toku, ali bi povećanje broja ćelija za takve tretmane moglo olakšati njihovo testiranje i razvijanje za rasprostranjeniju upotrebu kod ljudi.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)