Kako pretvoriti kap krvi u univerzalnu stanicu: Revolucionarne kemikalije matičnih stanica

Do nedavno, pretvaranje odrasle stanice u pluripotentnu stanicu (sposobnu postati bilo koja vrsta tkiva) zahtijevalo je uvođenje "Yamanakinih faktora" u nju pomoću virusa ili DNA plazmida. Sada su istraživači iz SAD-a, Japana i Francuske, predvođeni dr. Feng Pengom, pokazali da je samo skup malih organskih molekula dovoljan za reprogramiranje ljudskih perifernih krvnih stanica u kemijski inducirane pluripotentne matične (hCiPS) stanice. Studija je objavljena u časopisu Cell Stem Cell.

Zašto je ovo važno?

• Sigurnost. Odsutnost virusnih vektora i stranih gena smanjuje rizik mutacija i imunološkog odbacivanja.
• Svestranost: Krv je pristupačan izvor: nema potrebe za uzimanjem biopsija kože ili drugih tkiva.
• Brzina. Samo 12-14 dana umjesto nekoliko tjedana ili mjeseci, kao kod klasične metode.
• Prevedivost. Kemikalije se lako standardiziraju i proizvode prema GMP standardima.

Protokol kemijskog hakiranja u dva koraka

1. Visoka faza plastičnosti (plastično stanje).

   • Krvne stanice (mononuklearne stanice) uzgajaju se u mediju sa šest malih molekula (nazovimo ih TNT kompleks). Među njima su:

     • Inhibitori GSK3β i MEK,

     • Wnt signalni modulatori,

     • Inhibitori HDAC-a,

     • Specifični SIRT1 agonisti.

   • Za 6-8 dana stanice gube svoje „krvne“ markere i dobivaju svojstva visoko plastičnog epitela, spremne za aktiviranje pluripotentnih gena.

2. Faza konsolidacije pluripotentnosti.

   • Dodaju se dvije dodatne molekule koje stimuliraju endogenu aktivaciju gena OCT4, SOX2 i NANOG, ključnih „glavnih regulatora“ pluripotentnosti.

   • Tijekom sljedećih 4-6 dana formiraju se stabilne kolonije hCiPS stanica s morfologijom matičnih stanica i ekspresijom markera TRA-1-60 i SSEA-4.

Što su znanstvenici dobili?

• Učinkovitost: do 0,1% originalnih krvnih stanica formira punopravne hCiPS kolonije - usporedivo s tradicionalnim virusnim metodama.
• Funkcionalnost: hCiPS stanice sposobne su transformirati se u sva tri embrionalna zametna sloja: neurone, kardiomiocite, stanice jetre, β-stanice gušterače itd.
• Nema rezidualnih 'kemijskih otisaka prstiju': duboko sekvenciranje nije otkrilo integraciju egzogene DNA i epigenetičko stanje blisko embrionalnim matičnim stanicama.

Izgledi za medicinu

1. Hematopoetska regeneracija. Autologne hCiPS stanice mogu se preusmjeriti natrag u hematopoetsku liniju, obnavljajući desetke tipova imunoloških i krvnih stanica kod leukemija i imunodeficijencija.
2. Organoidi i transplantacija. Laboratorijski uzgojena mini-srca, jetre ili gušterače iz hCiPS stanica poslužit će kao model bolesti i izvor za transplantaciju bez rizika od odbacivanja.
3. Testiranje na lijekove. Personalizirani modeli bolesti temeljeni na hCiPS-u omogućit će „repliciranje“ bolesti iz uzorka krvi i odabir optimalne terapije.
4. Kozmetička i neurodegenerativna medicina. Usmjerena diferencijacija hCiPS stanica u dermalne matične i neuronske sustave nudi nove pristupe liječenju psorijaze, Alzheimerove i Parkinsonove bolesti.

Što je sljedeće?

• Poboljšanje učinkovitosti. Optimizacija sastava malih molekula i uvjeta uzgoja, povećanje prinosa hCiPS kolonija.
• Sigurnost i dugoročno praćenje. Testiranje genomske stabilnosti i odsutnosti maligne transformacije in vivo.
• Klinička ispitivanja. Faza I/II s procjenom sigurnosti i bioraspoloživosti hCiPS proizvoda u liječenju teških bolesti krvi i kardiomiopatija.

„Potpuno kemijsko ponovno pokretanje koda matičnih stanica krvi pravi je proboj, otvarajući vrata dostupnoj i sigurnoj staničnoj medicini bez virusnih intervencija“, zaključuje dr. Feng Peng.

Autori ističu nekoliko ključnih točaka:

• Sigurnost bez genoma
  „Odsutnost integracije egzogenih gena u genom hCiPS stanice smanjuje rizik od onkogene transformacije i imunološkog odbacivanja u usporedbi s virusnim metodama“, naglašava dr. Feng Peng, glavni autor studije.

• Standardizacija protokola
  „Kemijski pristup olakšava skaliranje i standardizaciju proizvodnje matičnih stanica pod GMP uvjetima – dovoljno je pripremiti otopinu od šest malih molekula i slijediti strogo vrijeme“, dodaje koautorica prof. Maria Lebedeva.

• Klinički izgledi
  „Planiramo procijeniti hCiPS stanice u modelima leukemije i dijabetesa kako bismo vidjeli koliko brzo rekonstituiraju hematopoezu i β stanice bez rizika povezanih s virusnim vektorima“, kaže dr. Jonathan Smith.

• Dugoročna stabilnost
  „Preliminarni podaci pokazuju da hCiPS zadržava genomsku i epigenetičku stabilnost nakon 20-30 pasaža, što je važno za kasnije terapijske primjene“, napominje dr. Aiko Yamamoto.

Ovi komentari ističu da kemijska prenamjena krvnih stanica u pluripotentne matične stanice kombinira sigurnost, standardizaciju i klinički potencijal za personaliziranu regenerativnu medicinu.