Poprzez eksponowanie komórek skóry na określoną kombinację molekuł kodujących, naukowcom udało się przekształcić je w komórki mózgowe, które zachowują się jak komórki natywne.
Badanie to jest niezwykłe, ponieważ w przeciwieństwie do wielu technik konwersji komórek, komórki nie powróciły najpierw do stadium komórek macierzystych – przekształciły się bezpośrednio w komórki mózgowe, unikając w ten sposób ryzyka wytworzenia wielu innych typów komórek.
Zespół naukowców z Washington University School of Medicine w St. Louis (WUSTL), MO, zdołał przeprogramować komórki skóry, aby stały się szczególnym rodzajem komórki mózgowej, znanej jako neurony średnio-skaliste. To osiągnięcie jest naprawdę imponujące, ponieważ średnie neurony kolczaste, które wyprodukowali, przetrwały co najmniej 6 miesięcy po wstrzyknięciu myszom.
Te neurony odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu ruchu i są głównym typem komórek dotkniętych chorobą Huntingtona, która jest dziedziczną chorobą genetyczną powodującą mimowolne ruchy oraz stopniowe obniżenie zdolności umysłowych. Pacjenci z tą chorobą mogą żyć jeszcze przez 20 lat po wystąpieniu objawów, jednak ich stan systematycznie się pogarsza.
Przeliczone komórki wykazały właściwości natywnych komórek
Starszy autor dr Andrew S. Yoo, profesor nadzwyczajny ds. Badań rozwojowych w WUSTL, podkreśla, że nowe komórki nie tylko przetrwały w mysim mózgu, ale także wykazywały właściwości podobne do komórek natywnych:
«Wiadomo, że komórki te przenikają projekcje do pewnych obszarów mózgu. Odkryliśmy, że przeszczepione komórki ludzkie są również połączone z tymi odległymi celami w mózgu myszy, co stanowi przełomowy punkt w tej pracy.»
Ponieważ w badaniu wykorzystano dorosłe ludzkie komórki skóry – a nie komórki myszy lub komórki ludzkie na wcześniejszym etapie rozwoju – zespół jest przekonany, że ich praca wykazuje potencjał do wykorzystania własnych komórek pacjentów w regeneratywnej medycynie. Jest to kluczowe, ponieważ terapie mogą łatwo korzystać z terapii, a także uniknąć problemu odrzucenia immunologicznego.
Do ich badań dr Yoo i współpracownicy wyhodowali komórki skóry w środowisku, które naśladuje komórki mózgu. W poprzednich badaniach odkryli, że eksponowanie komórek skóry na dwie małe cząsteczki RNA, zwane miR-9 i miR-124, może przekształcić je w różne typy komórek mózgowych.
Chociaż zespół nadal stara się dokładnie określić, co się dzieje, wierzą, że te małe cząsteczki RNA otwierają ściśle upakowane komórki DNA, zawierające instrukcje do tworzenia komórek mózgowych, co umożliwia włączenie genów do ich rozwoju i funkcji.
Po udowodnieniu, że ekspozycja na te małe cząsteczki RNA przekształca komórki skóry w mieszankę komórek mózgowych, zespół zaczął dostrajać chemiczne sygnały, dodając cząsteczki zwane czynnikami transkrypcyjnymi, o których wiedzieli już, że są obecne w części mózgu, w której występują obfite neurony o średnim stężeniu.
Czynniki transkrypcyjne prowadzą do tego, że komórki stają się specyficznym typem
Współtwórca badania, Matheus B. Victor, absolwent neurologii, stwierdza, że małe molekuły RNA «robią ciężki lifting», dodając:
«Aktywują komórki skóry, by stały się neuronami, a czynniki transkrypcyjne, które dodajemy, prowadzą komórki skóry do przyjęcia specyficznego podtypu, w tym przypadku neuronów o średniej wielkości kolczastej. Uważamy, że dzięki zamianie różnych czynników transkrypcyjnych moglibyśmy produkować różne typy neuronów.»
Zespół wykazał również, że gdy komórki skóry są narażone wyłącznie na czynniki transkrypcyjne, bez małych cząsteczek RNA, nie dochodzi do konwersji komórek.
Przeprowadzone szerokie testy wykazały, że nowe komórki mózgowe mają cechy charakterystyczne dla natywnych średnich neuronów kolczastych. Wykazywały odpowiednie geny dla ich określonego typu i nie eksprymowały genów dla innych typów neuronów.
Po przeszczepieniu do mózgu myszy przekształcone komórki wyglądały jak natywne, średnie neurony kolczaste i zachowywały się jak one.
Zespół wykorzystuje teraz komórki skóry od pacjentów z chorobą Huntingtona, przekształcając je w neurony średnio-kolczaste, stosując nowe podejście. Planują również wstrzyknąć te komórki myszom z chorobą.
Badanie zostało sfinansowane przez różne instytucje, w tym National Institutes of Health (NIH).
Nowe badania i przyszłość terapii
W 2024 roku, badania nad przekształcaniem komórek skóry w neurony mózgowe zyskały na znaczeniu, zwłaszcza w kontekście terapii dla pacjentów z chorobą Huntingtona. W najnowszym badaniu opublikowanym w «Journal of Neuroscience», naukowcy wskazują, że przekształcone komórki nie tylko zachowują się jak natywne neurony, ale także mogą integrować się z istniejącymi sieciami neuronalnymi. To otwiera nowe możliwości dla terapii regeneracyjnej, która może wykorzystać komórki pacjentów do naprawy uszkodzeń mózgu.
Dodatkowo, badania nad optymalizacją protokołów przekształcania komórek trwają, co może przyspieszyć tempo badań klinicznych. Naukowcy stawiają sobie za cel rozwój spersonalizowanych terapii, które będą mogły być dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjentów, co stanowi kluczowy krok w walce z chorobami neurodegeneracyjnymi.
W miarę postępu prac, zespół planuje również współpracować z innymi instytucjami badawczymi, aby przyspieszyć wdrażanie nowych terapii i zapewnić lepsze zrozumienie mechanizmów stojących za konwersją komórek. To badanie może zrewolucjonizować podejście do terapii komórkowej i przyczynić się do znacznej poprawy jakości życia pacjentów z chorobami neurologicznymi.