Kuidas muuta veretilgast universaalne rakk: tüvirakkude revolutsioonilised kemikaalid

Kuni viimase ajani oli täiskasvanud raku pluripotentseks rakuks (mis on võimeline muutuma mis tahes tüüpi koeks) muutmiseks vaja sellesse viiruste või DNA-plasmiidide abil sisestada „Yamanaka faktoreid“. Nüüd on USA, Jaapani ja Prantsusmaa teadlased dr Feng Pengi juhtimisel näidanud, et inimese perifeerse vere rakkude keemiliselt indutseeritud pluripotentseteks tüvirakkudeks (hCiPS) ümberprogrammeerimiseks piisab vaid väikeste orgaaniliste molekulide komplektist. Uuring avaldati ajakirjas Cell Stem Cell.

Miks see oluline on?

• Ohutus. Viirusvektorite ja võõrgeenide puudumine vähendab mutatsioonide ja immuunsüsteemi hülgamise riski.
• Mitmekülgsus: Veri on ligipääsetav allikas: pole vaja võtta naha- või muude kudede biopsiaid.
• Kiirus. Ainult 12–14 päeva, mitte mitu nädalat või kuud nagu klassikalise meetodi puhul.
• Tõlgitavus. Kemikaale on lihtne standardiseerida ja toota vastavalt GMP standarditele.

Kaheastmeline keemilise häkkimise protokoll

1. Kõrge plastilisuse staadium (plastne olek).

   • Vererakke (mononukleaarseid rakke) kultiveeritakse keskkonnas, mis sisaldab kuut väikest molekuli (nimetagem neid TNT kompleksiks). Nende hulgas on:

     • GSK3β ja MEK inhibiitorid,

     • Wnt signaali modulaatorid,

     • HDAC inhibiitorid,

     • Spetsiifilised SIRT1 agonistid.

   • 6–8 päeva pärast kaotavad rakud oma „vere” markerid ja omandavad väga plastilise epiteeli omadused, mis on valmis aktiveerima pluripotentseid geene.

2. Pluripotentsuse konsolideerumise etapp.

   • Lisatakse kaks täiendavat molekuli, mis stimuleerivad pluripotentsuse peamiste „põhiregulaatorite“ OCT4, SOX2 ja NANOG geenide endogeenset aktivatsiooni.

   • Järgmise 4–6 päeva jooksul moodustuvad stabiilsed hCiPS-rakkude kolooniad, millel on tüvirakkude morfoloogia ja TRA-1-60 ning SSEA-4 markerite ekspressioon.

Mida teadlased said?

• Efektiivsus: kuni 0,1% algsetest vererakkudest moodustavad täisväärtuslikke hCiPS-kolooniaid – võrreldav traditsiooniliste viirusmeetoditega.
• Funktsionaalsus: hCiPS-rakud on võimelised transformeeruma kõigisse kolme embrüonaalsesse idukihti: neuroniteks, kardiomüotsüütideks, maksarakkudeks, pankrease β-rakkudeks jne.
• Jäänud "keemilised sõrmejäljed" puuduvad: sügav sekveneerimine ei näidanud eksogeense DNA integratsiooni ja epigeneetilise seisundi lähedust embrüonaalsetele tüvirakkudele.

Meditsiini väljavaated

1. Hematopoeetiline regeneratsioon. Autoloogseid hCiPS-rakke saab suunata tagasi hematopoeetilisse liini, taastades kümneid immuun- ja vererakkude tüüpe leukeemiate ja immuunpuudulikkuse korral.
2. Organoidid ja siirdamine. Laboris kasvatatud hCiPS-rakkudest valmistatud mini-südamed, -maksad või -kõhunäärmed toimivad haiguste mudelina ja siirdamise allikana ilma äratõukereaktsiooni riskita.
3. Ravimitestimine. hCiPS-il põhinevad personaalsed haigusmudelid võimaldavad haigust triibuverest "paljundada" ja valida optimaalse ravi.
4. Kosmeetiline ja neurodegeneratiivne meditsiin. hCiPS-rakkude suunatud diferentseerimine naha tüvirakkudeks ja neuronaalseteks süsteemideks pakub uusi lähenemisviise psoriaasi, Alzheimeri ja Parkinsoni tõve ravis.

Mis edasi saab?

• Efektiivsuse parandamine. Väikeste molekulide koostise ja kultiveerimistingimuste optimeerimine, hCiPS-kolooniate saagise suurendamine.
• Ohutus ja pikaajaline jälgimine. Genoomse stabiilsuse ja pahaloomulise transformatsiooni puudumise testimine in vivo.
• Kliinilised uuringud. I/II faas, kus hinnatakse hCiPS-toodete ohutust ja biosaadavust raskete verehaiguste ja kardiomüopaatiate ravis.

„Vererakkude tüvikoodi täielik keemiline taaskäivitamine on tõeline läbimurre, mis avab ukse ligipääsetavale ja ohutule rakumeditsiini loomisele ilma viiruslike sekkumisteta,“ võtab dr Feng Peng kokku.

Autorid toovad välja mitu olulist punkti:

• Genoomivaba ohutus
  „Eksogeensete geenide integreerimise puudumine hCiPS-rakkude genoomi vähendab onkogeense transformatsiooni ja immuunsüsteemi hülgamise riski võrreldes viirusmeetoditega,“ rõhutab uuringu vanemautor dr Feng Peng.

• Protokolli standardiseeritavus
  „Keemiline lähenemine hõlbustab tüvirakkude tootmise skaleerimist ja standardiseerimist GMP tingimustes – piisab kuue väikese molekuli lahuse valmistamisest ja range ajastuse järgimisest,“ lisab kaasautor professor Maria Lebedeva.

• Kliiniline väljavaade
  „Plaanime hinnata hCiPS-rakke leukeemia- ja diabeedimudelites, et näha, kui kiiresti nad taastavad vereloomet ja β-rakke ilma viirusvektoritega seotud riskideta,“ ütleb dr Jonathan Smith.

• Pikaajaline stabiilsus
  „Esialgsed andmed näitavad, et hCiPS säilitab genoomse ja epigeneetilise stabiilsuse pärast 20–30 passaaži, mis on oluline järgnevate terapeutiliste rakenduste jaoks,“ märgib dr Aiko Yamamoto.

Need kommentaarid rõhutavad, et vererakkude keemiline taaskasutamine pluripotentseteks tüvirakkudeks ühendab endas ohutuse, standardiseeritavuse ja kliinilise potentsiaali personaalse regeneratiivse meditsiini jaoks.