Komórki macierzyste od lat są w centrum uwagi naukowców ze względu na ich zdolność do przekształcania się w niemal dowolny typ komórek. Teraz badacze z Cedars-Sinai Health Sciences University oraz University of California w San Francisco (UCSF) zrobili krok, który może zrewolucjonizować medycynę regeneracyjną. Opracowali sposób, by “programować” komórki macierzyste i kierować ich rozwojem tak, aby tworzyły konkretne tkanki i organy.
Czytaj też: Komórki macierzyste naprawią uszkodzone serce. Oto przełom na miarę osiągnięcia Profesora Religi
Zespół naukowców stworzył tzw. syntetyczne organizatory – komórki, które mogą instruować komórki macierzyste, jakiego typu tkanką mają się stać. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Cell mogą w przyszłości pozwolić na leczenie skomplikowanych chorób, które dzisiaj wciąż jeszcze są uważane za “nieuleczalne”.
Jak wyjaśnia dr Ophir Klein, współautor badania:
Możemy używać tych syntetycznych organizatorów, aby nakierować komórki macierzyste na tworzenie różnych części wczesnego embrionu lub na tworzenie serca czy innych organów.
Komórki macierzyste mogą tworzyć konkretne tkanki i narządy „na żądanie”
Mechanizm działania opiera się na wykorzystaniu morfogenów – cząsteczek sygnałowych, które przekazują komórkom instrukcje, w jaki sposób mają się rozwijać. Morfogeny rozprzestrzeniają się w formie gradientu: im bliżej źródła, tym ich stężenie jest wyższe. Komórki interpretują ten gradient i na tej podstawie “decydują”, jaką rolę mają pełnić. Przykładowo, wysoki poziom morfogenu może oznaczać, że komórka stanie się neuronem, a niski poziom może przekształcić ją w tkankę łączną.
Czytaj też: Komórki macierzyste wykorzystane do stworzenia tkanek oka. Nie obyło się bez techniki biodruku 3D
Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na myszach, tworząc z agregatów komórek macierzystych struktury przypominające ciało myszy rozwijające się od głowy do ogona. W innym doświadczeniu udało im się stworzyć strukturę przypominającą bijące serce – z komorą centralną i siecią naczyń krwionośnych.
Profesor Wendell Lim z UCSF wyjaśnia, że to właśnie zdolność do kontrolowania procesu różnicowania komórek jest kluczowa:
Ta platforma syntetycznych organizatorów daje nam zupełnie nowy sposób wpływania na rozwój komórek macierzystych. To może pozwolić na hodowanie lepszych organów do przeszczepów czy tworzenie organoidów do modelowania chorób.
Naukowcy wyposażyli organizatory w dodatkowe mechanizmy kontroli: przełącznik chemiczny, który umożliwia włączanie i wyłączanie sygnałów, oraz tzw. suicide switch – mechanizm, który pozwala na eliminację organizatorów, kiedy nie są już potrzebne. To daje naukowcom jeszcze większą kontrolę nad procesem.
Zastosowania tej technologii są ogromne. Oprócz tworzenia organów do przeszczepów naukowcy widzą potencjał w personalizowanej medycynie, regeneracji tkanek i tworzeniu lepszych modeli do testowania nowych leków.
Dr Ophir Klein wskazuje, że technologia może posłużyć do tworzenia konkretnych typów komórek:
Moglibyśmy generować np. komórki beta do produkcji insuliny lub neurony do leczenia Parkinsona w kontekście dużych tkanek lub całych organów. To otwiera wiele nowych, ekscytujących możliwości.
Choć technologia syntetycznych organizatorów jest jeszcze na wczesnym etapie rozwoju, już teraz widać jej ogromny potencjał w medycynie. Może ona umożliwić odtworzenie funkcji trzustki u pacjentów z cukrzycą typu 1, a w przypadku choroby Parkinsona – tworzenie neuronów dopaminowych, których brak powoduje objawy choroby. Naukowcy dostrzegają także szansę na regenerację uszkodzonej tkanki serca po zawałach oraz naprawę wadliwych genów, co mogłoby stanowić przełom w leczeniu chorób genetycznych.
To odkrycie może w przyszłości pomóc rozwiązać jeden z największych problemów współczesnej medycyny – niedobór organów do przeszczepów. Każdego roku tysiące pacjentów na całym świecie umiera, nie doczekawszy się ratującego życie narządu. Dzięki technologii programowania komórek macierzystych lekarze mogliby tworzyć spersonalizowane organy w laboratorium, eliminując ryzyko odrzutu przez organizm pacjenta, ponieważ powstawałyby one z jego własnych komórek.
