24.04.2019
PL EN
08.10.2012 aktualizacja 08.10.2012

Nobel w medycynie: rewolucja w badaniach nad komórkami

Fot. Fotolia Fot. Fotolia

Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w medycynie wykazali, że komórki somatyczne można cofnąć w rozwoju i przekształcać w dowolne tkanki organizmu – oświadczył Komitet Noblowski. Dodał, że zrewolucjonizowali oni wiedzę o biologii komórek i rozwoju organizmu.

Prof. John B. Gurdon w 1962 r. pierwszy odkrył, że wyspecjalizowane, dojrzałe komórki można cofnąć w rozwoju, czyli, że proces ich różnicowania się jest odwracalny. Wykazał to w eksperymencie, w którym opróżnił jaja (oocyty) żaby Xenopus laevis z jądra komórkowego, a potem zastąpił je jądrem pobranym z komórki jelita kijanki. Jądro dojrzałej komórki zostało w ten sposób „wyzerowane” i pobudzone do rozwoju zarodka i nowego organizmu.

Było to możliwe ponieważ każda wyspecjalizowana komórka somatyczna, jak np. komórki jelita, zawiera pełny materiał genetyczny (podobnie jak komórki zarodków). Po umieszczeniu jej jądra w komórce jajowej można odblokować DNA, by nie kodowało tylko określonego typu komórki. Można też sprawić, by uruchomił cały proces powstania nowego organizmu.

Najpierw powstają wtedy niedojrzałe komórki, nazywane pluripotentnymi komórkami macierzystymi, z których mogą powstać wszystkie tkanki i narządy nowego organizmu: mięśnie, kości, ścięgna oraz wątroba, serce, płuca i mózg. We wszystkich tworzących je komórkach jest pełny zestaw materiału genetycznego. W latach pięćdziesiątych XX w. wydawało, że ten proces jest jednokierunkowy i nie można go odwrócić. Uformowane komórki somatyczne nie mogą już pełnić roli niedojrzałych komórek macierzystych.

Brytyjski biolog dowiódł, że w pewnych warunkach jest to możliwe, ale przeprowadził swój eksperyment jedynie na kijankach. Nie potrafił powtórzyć go na komórkach pobranych od dorosłej żaby. Uznał zatem, że cofanie w rozwoju komórek somatycznych jest możliwe, ale jedynie w ograniczonym zakresie. Wiele badaczy długo nawet powątpiewało w jego doświadczenia. Tym bardziej, że nie udawało się ich powtórzyć na innych gatunkach zwierząt, szczególnie na ssakach.

Tak było do 1997 r., gdy Ian Wilmut z Edynburga oznajmił światu, że po raz pierwszy sklonował owcę Dolly z komórek somatycznych. Wtedy nie było już wątpliwości, że można „odróżnicować” dojrzałe komórki wszystkich zwierząt, w tym również ludzi. Otworzyło to drogę do klonowania organizmów wyższych, jak też do inżynierii tkankowej, czyli przekształcania komórek i hodowania w laboratorium tkanek i narządów.

Stało się to możliwe tuż po wyhodowaniu owcy Dolly w 1998 r. Prof. James Thomson z University of Wisconsin-Madison, jeden z pionierów „biologicznego kreacjonizmu”, pierwszy wyizolował wtedy komórki macierzyste (z zarodka myszy) i pokazał, że można je w laboratorium rozmnażać.

Kłopot polegał na tym, że biolodzy potrafili manipulować komórkami cofając je w rozwoju metodą klonowania, tzn. przekształcając je w komórki zarodkowe. Dopiero z nich można było pobierać pluripotentne komórki macierzyste, które nadawały się do hodowli tkankowych. Ta technika od początku budziła wiele kontrowersji, gdyż wymaga zniszczenia zarodka.

Na tym etapie eksperymentów przełomowe były badania drugiego tegorocznego laureata Nagrody Nobla prof. Shinya Yamanaki z uniwersytetu w Kyoto. Uczony po raz pierwszy cofnął w rozwoju pobrane z organizmu myszy fibroblasty, komórki skóry. W 2006 r. wykazał, że jest to możliwe przy użyciu zaledwie czterech genów, które fibroblasty przekształcają w komórki macierzyste. Nazwano je indukowanymi komórkami pluripotentnymi. Z nich z kolei można wyhodować nowe, wyspecjalizowane komórki skóry, kości, naczyń krwionośnych, nerwów czy mięśni nie niszcząc zarodka.

Japoński naukowiec powtórzył eksperyment również na ludzkich fibroblastach. Pobrał je ze skóry twarzy 38-letniej kobiety i po wprowadzeniu czterech genów (Oct3/4, Sox2, Klf4 i c-Myc) również przekształcił je w komórki macierzyste.

W tym samym czasie takie samo doświadczenia przeprowadził prof. James Thomson. Przeprogramował fibroblasty ludzkiego płodu i napletka noworodka. Dodał tylko nieco inny koktajl „genów macierzystości”: OCT4, SOX2, LIN28 i NANONG.

Japoński naukowiec poszedł jeszcze dalej i z ludzkich fibroblastów uzyskał komórki serca oraz układu nerwowego.

Od tego czasu przeprowadzono wiele innych eksperymentów z przeprogramowywaniem komórek. Na początku 2012 r. szkoccy specjaliści, którzy sklonowali owieczkę Dolly, zamienili ludzkie komórki skóry na komórki mózgu (wykorzystali komórki pobrane od mężczyzny chorego na schizofrenię).

Przed kilkoma dniami kierowana przez Mitinori Saitou grupa naukowców z japońskiego uniwersytetu w Kyoto poinformowała, że wyhodowała z komórek skóry myszy komórkę jajową, którą zapłodnili i doprowadzili do narodzin potomstwa. Potem je rozmnożyli w sposób naturalny i uzyskali kolejne pokolenie gryzoni.

„Mysie potomstwo było zdrowe i zdolne do zapłodnienia” - podkreślił dr Katsuhiko Hayashi z uniwersytetu w Kyoto w rozmowie z BBC.

Mitinori Saitou przed rokiem udowodnił, że z komórek somatycznych myszy można wyhodować w laboratorium również plemniki. Wykorzystał je potem w procedurze zapłodnienia in vitro, a uzyskane zarodki wszczepił myszom, które również urodziły potomstwo.

Nie wiadomo, kiedy będzie można tę technikę wykorzystać do sztucznego zapłodnienia u ludzi. Byłaby ona szansą dla kobiet, które nie wytwarzają zdolnych do zapłodnienia komórek jajowych. Na razie są prowadzone próby odtwarzania w laboratorium niektórych tkanek, np. tchawicy. Dąży się też do zregenerowania uszkodzonego rdzenia kręgowe. Gdyby się to udało, przynajmniej niektórym osobom sparaliżowanym można byłoby przywrócić sprawność. (PAP)

zbw/ ula/ jbr/

Copyright © Fundacja PAP 2019