Αντίσωμα μετατρέπει άμεσα βλαστοκύτταρα σε νευρικά κύτταρα

Επιστήμονες του Ερευνητικού Ινστιτούτου Scripps στις ΗΠΑ ανακάλυψαν για πρώτη φορά τον τρόπο ώστε να μετατρέπουν βλαστικά κύτταρα του μυελού των οστών απευθείας σε κύτταρα του εγκεφάλου.

Προς απλούστερες και ασφαλέστερες τεχνικές

Οι υπάρχουσες τεχνικές μετατροπής των κυττάρων του μυελού των οστών σε κύτταρα άλλων τύπων είναι σχετικώς δύσκολες στην εφαρμογή, ορισμένες φορές επικίνδυνες ή αποτελεσματικές μόνο στο εργαστήριο. Το νέο εύρημα το οποίο εμφανίζεται στην on-line πρώιμη έκδοση της επιθεώρησης «Proceedings of the National Academy of Sciences» (ΡΝΑS) ανοίγει τον δρόμο για απλούστερες και ασφαλέστερες τεχνικές. Κυτταρικές θεραπείες που θα έχουν ως βάση τους τα κύτταρα των ίδιων των ασθενών αναμένεται να χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία τραυματισμών του νωτιαίου μυελού, εγκεφαλικών και άλλων σοβαρών προβλημάτων του οργανισμού με ελάχιστο ή και καθόλου κίνδυνο απόρριψης των κυττάρων από το ανοσοποιητικό σύστημα.

Στο πλαίσιο της νέας μεθόδου οι ειδικοί χρησιμοποιούν αντισώματα για τη μετατροπή των κυττάρων του μυελού των οστών, όπως εξηγεί ο Ρίτσαρντ Λέρνερ, καθηγητής Ανοσοχημείας στο Τμήμα Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας του Ινστιτούτου Scripps και κύριος ερευνητής της νέας μελέτης. Ο καθηγητής προσέθεσε ότι «η χρήση αυτή των αντισωμάτων είναι πολύ διαφορετική από αυτή που ξέραμε, ότι δηλαδή τα αντισώματα απλώς προσδένονται σε άλλα μόρια αλλά δεν έχουν κάποια σημαντική λειτουργία».

Μετατροπή σε πρόδρομα νευρικά κύτταρα

Οι ερευνητές ανέπτυξαν τη νέα μέθοδο μετατροπής των βλαστικών κυττάρων ενώ αναζητούσαν αντισώματα εργαστηρίου τα οποία μπορούν να ενεργοποιήσουν στα κύτταρα του μυελού των οστών έναν υποδοχέα που συνδέεται με την ανάπτυξη. Ένα από τα αντισώματα που μελετούσαν οι ειδικοί φάνηκε ότι μπορεί να ενεργοποιεί τον υποδοχέα με τρόπο ώστε τα βλαστικά κύτταρα του μυελού των οστών – τα οποία υπό φυσιολογικές συνθήκες αναπτύσσονται σε λευκά αιμοσφαίρια – να μετατρέπονται σε πρόδρομα νευρικά κύτταρα, έναν τύπο σχεδόν ώριμων κυττάρων του εγκεφάλου.

Τα φυσικά αντισώματα είναι μεγάλες πρωτεΐνες με σχήμα Υ οι οποίες παράγονται από τα ανοσοκύτταρα. Υπάρχουν τόσα διαφορετικά μεταξύ τους αντισώματα ώστε να μπορούν να αναγνωρίζουν περί τα 100 δισ. διαφορετικά σχήματα ιών, βακτηρίων και άλλων «εχθρών» του οργανισμού. Από τη δεκαετία του 1980 οι μοριακοί βιολόγοι επέτυχαν να παράγουν αντισώματα σε κυτταρικές καλλιέργειες στο εργαστήριο. Μπόρεσαν έτσι να χρησιμοποιήσουν αυτή την «εργαλειοθήκη» για να προχωρήσουν πολλά βήματα πιο πέρα την έρευνα αλλά και για να αναπτύξουν διαγνωστικά τεστ και θεραπείες για νόσους όπως ο καρκίνος, η αρθρίτιδα, οι ιογενείς λοιμώξεις κ.α.

Τα βλαστικά κύτταρα του μυελού των οστών μετετράπησαν άμεσα μέσω ενός αντισώματος σε πρόδρομα κύτταρα του εγκεφάλου, όπως αυτά της εικόνας Credit:Lerner Lab, The Scripps Research Institute

Οι «βιβλιοθήκες» αντισωμάτων

Στα τέλη της δεκαετίας του 1980 ο δρ Λέρνερ και η ομάδα του βοήθησαν στην ανάπτυξη των πρώτων τεχνικών δημιουργίας τεράστιων «βιβλιοθηκών» οι οποίες περιείχαν διαφορετικά αντισώματα, γεγονός που επέτρεψε το να προσδιορίζεται ποιο αντίσωμα προσδένεται στον επιθυμητό κάθε φορά στόχο. Είναι χαρακτηριστικό ότι το αντιφλεγμονώδες αντίσωμα Humira, που σήμερα αποτελεί ένα από τα πιο γνωστά φάρμακα, ανακαλύφθηκε χάρη στη συγκεκριμένη τεχνολογία.

Πέρυσι, σε μελέτη της οποίας ηγήθηκε ο ερευνητής στο Ινστιτούτο Scripps Χονγκάι Ζανγκ, το εργαστήριο του καθηγητή Λέρνερ ανέπτυξε μια νέα τεχνική εντοπισμού αντισωμάτων – με βάση αυτή την τεχνική τα αντισώματα παράγονται σε κύτταρα θηλαστικών μαζί με υποδοχείς και άλλα μόρια-στόχους. Η συγκεκριμένη τεχνική επιτρέπει στους επιστήμονες να προσδιορίζουν ταχέως ποια αντισώματα της «βιβλιοθήκης» αντισωμάτων προσδένονται σε έναν δεδομένο υποδοχέα αλλά και ποια ενεργοποιούν τον εκάστοτε υποδοχέα αλλάζοντας την κυτταρική λειτουργία.

Η τροποποιημένη τεχνική

Στο πλαίσιο της νέας μελέτης στο PNAS ερευνητές από το Εργαστήριο του καθηγητή Λέρνερ τροποποίησαν αυτήν την τεχνική ώστε τα αντισώματα που παράγονται σε ένα συγκεκριμένο κύτταρο να προσδένονται με φυσικό τρόπο στην εξωτερική μεμβράνη του κυττάρου, κοντά στους υποδοχείς-στόχους. «Περιορίζοντας τη δραστηριότητα ενός αντισώματος στο κύτταρο στο οποίο το αντίσωμα παράγεται μπορούμε να χρησιμοποιούμε μεγαλύτερες ‘βιβλιοθήκες’ αντισωμάτων ώστε να σαρώνουμε ταχύτερα τα αντισώματα σχετικά με μια συγκεκριμένη λειτουργία» ανέφεραν οι ερευνητές. Με τη βελτιωμένη τεχνική οι ειδικοί μπορούν να «κοσκινίζουν» μια «βιβλιοθήκη» που περιέχει δεκάδες εκατομμύρια αντισώματα μέσα σε λίγες ημέρες.

Σε πρώιμα τεστ η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Τζία Ξίε χρησιμοποίησε τη νέα μέθοδο για να εντοπίσει αντισώματα τα οποία θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν τον υποδοχέα GCSF, έναν υποδοχέα των παραγόντων ανάπτυξης που ανευρίσκεται στα κύτταρα του μυελού των οστών αλλά και σε άλλους τύπους κυττάρων. Φάρμακα που μιμούνται τον συγκεκριμένο υποδοχέα ήταν μεταξύ των πρώτων θεραπειών «προϊόντων» βιοτεχνολογίας που έγιναν ευρέως γνωστά παγκοσμίως καθώς οδηγούν σε ανάπτυξη των λευκών αιμοσφαιρίων (η παραγωγή νέων λευκών αιμοσφαιρίων είναι πολύ σημαντική σε περιπτώσεις χημειοθεραπειών για τον καρκίνο οι οποίες ρίχνουν τον αριθμό τους στους ασθενείς).

Η άμεση μετατροπή

Οι ερευνητές σύντομα απομόνωσαν έναν τύπο αντισώματος που μπορεί να ενεργοποιήσει τον υποδοχέα GCSF. Δοκίμασαν το αντίσωμα αυτό σε καλλιέργειες βλαστικών κυττάρων του μυελού των οστών τα οποία είχαν ληφθεί από ανθρώπους. Όπως προέκυψε η προσθήκη του αντισώματος έκανε τα κύτταρα να αρχίσουν να μετατρέπονται σε πρόδρομα νευρικά κύτταρα και όχι σε λευκά αιμοσφαίρια. Ανάλυση ειδικών δεικτών που αφορούν τα νευρικά κύτταρα αποκάλυψε ότι πράγματι τα κύτταρα που διαφοροποιήθηκαν με τη «χείρα βοηθείας» του αντισώματος έγιναν νευρικά.

Η άμεση μετατροπή βλαστικών κυττάρων του μυελού των οστών σε νευρικά κύτταρα με ενεργοποίηση ενός και μόνο υποδοχέα είναι ένα μεγάλο επίτευγμα. Οι μέχρι σήμερα μέθοδοι διαφοροποίησης των βλαστοκυττάρων του μυελού των οστών σε ώριμα κύτταρα διαφορετικών τύπων απαιτούν μια πολύπλοκη διαδικασία που αφορά αρχικώς μετατροπή των κυττάρων του μυελού των οστών σε κύτταρα που βρίσκονται σε ένα σχεδόν εμβρυϊκό στάδιο και στη συνέχεια προσθήκη παραγόντων ώστε να προκύψει ο επιθυμητός τύπος ενηλίκου κυττάρου. Λίγα εργαστήρια έχουν καταφέρει άμεση διαφοροποίηση. «Εξ όσων γνωρίζω μάλιστα, κανένας δεν έχει επιτύχει άμεση μετατροπή με χρήση μιας και μόνο πρωτεΐνης η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως θεραπεία» σημείωσε ο καθηγητής Λέρνερ.

Η απλή εφαρμογή των μελλοντικών θεραπειών

Πώς θα μπορούσε να εφαρμοστεί μια τέτοια μελλοντική θεραπεία; Πολύ απλά, σύμφωνα με τον καθηγητή. Το αντίσωμα θα εγχέεται απευθείας στην κυκλοφορία του αίματος και θα βρίσκει μόνο του τον δρόμο ως τον μυελό των οστών. Όταν φθάσει εκεί θα μετατρέπει κάποια βλαστικά κύτταρα του μυελού σε πρόδρομα νευρικά κύτταρα, τα οποία με τη σειρά τους θα ταξιδεύουν ως τον εγκέφαλο, θα ανακαλύπτουν τις περιοχές που έχουν υποστεί βλάβη και θα βοηθούν στην αποκατάστασή τους.

Αν και οι ερευνητές δεν γνωρίζουν για ποιον λόγο το νέο αντίσωμα που ανακάλυψαν έχει τέτοια «παράξενη» επίδραση στον υποδοχέα GCSF οδηγώντας σε ανάπτυξη πρόδρομων νευρικών κυττάρων αντί λευκών αιμοσφαιρίων, υποθέτουν ότι προσδένεται στον υποδοχέα για μεγαλύτερο διάστημα σε σύγκριση με τη φυσική πρωτεΐνη GCSF με αποτέλεσμα αυτή η μεγαλύτερη σε διάρκεια αλληλεπίδραση να αλλάζει το μοτίβο σήμανσης του υποδοχέα.