Τα βλαστικά του στρες! Researchers create embryonic stem cells without embryo

Stress-treated lymphocytes expressed pluripotency marker Oct4. Right: STAP cells. Credit: Haruko Obokata

Τι μπορεί να φέρει την επανάσταση στην αναγεννητική ιατρική; Ενα «μπάνιο» ενήλικων κυττάρων επί 30 λεπτά σε οξύ! Όχι, δεν πρόκειται για αστείο. Σε δύο νέες μελέτες που δημοσιεύθηκαν την εβδομάδα που μόλις πέρασε στην επιθεώρηση «Nature» και οι οποίες θεωρήθηκε από ανεξάρτητους ειδικούς ότι «αλλάζουν το παιχνίδι» σε ό,τι αφορά την εξατομικευμένη ιατρική, ερευνητές από το Κέντρο Αναπτυξιακής Βιολογίας RIKEN στην Ιαπωνία και την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ στις ΗΠΑ ανέφεραν πως κατάφεραν να αλλάξουν τη «μοίρα» ενήλικων κυττάρων ποντικών επαναφέροντάς τα σε ένα στάδιο... πιο πολυδύναμο και από το πολυδύναμο. Και όλα αυτά χωρίς καμία γενετική παρέμβαση, απλώς θέτοντας τα κύτταρα σε κατάσταση στρες. Λίγο στρες, λοιπόν, φάνηκε να φέρνει την (κυτταρική) νεότητα ανοίγοντας ταχύτερους και πιο ευκολοτάξιδους δρόμους στους επιστήμονες, οι οποίοι ως σήμερα για να επιτύχουν να γυρίσουν πίσω το ρολόι των κυττάρων πήγαιναν από τις... στροφές.

Ο δύσκολος δρόμος προς τα βλαστικά

Πώς όμως οι ειδικοί από την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ έκαναν αυτή τη σημαντική... παράκαμψη που φαίνεται ότι θα οδηγήσει σε πιο φθηνή, γρήγορη και ασφαλή παραγωγή πολυδύναμων κυττάρων; Για να κατανοήσουμε το επίτευγμά τους πρέπει να πιάσουμε το... μονοπάτι από πιο πριν ώστε να δούμε τι έχει συντελεστεί στο πεδίο μελέτης των βλαστικών κυττάρων. Κατ' αρχάς τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα, χάρη στο ότι αποτελούν τα πιο πολυδύναμα κύτταρα που είναι ικανά να μετατραπούν σε πλήθος διαφορετικών ιστών του οργανισμού, βρίσκονται στο επίκεντρο των ερευνών εδώ και αρκετά χρόνια. Η πιο προφανής και εύκολη πηγή λήψης αυτών των κυττάρων είναι - τι άλλο; - τα έμβρυα. Ωστόσο το γεγονός ότι για τη λήψη τους απαιτείται η καταστροφή εμβρύων δημιούργησε μέγιστα ηθικά ζητήματα, με αποτέλεσμα να αναζητούνται επί μακρόν άλλες λύσεις δημιουργίας κυττάρων με πολυδύναμες ιδιότητες.

Το 2006 ο Σίνγια Γιαμανάκα από το Πανεπιστήμιο του Κιότο στην Ιαπωνία βρήκε αυτή τη λύση - η οποία μάλιστα έξι χρόνια αργότερα του χάρισε το Νομπέλ Ιατρικής - επαναπρογραμματίζοντας με χρήση τεσσάρων γονιδίων ενήλικα κύτταρα ώστε να συμπεριφέρονται ως εμβρυϊκά βλαστικά (πρόκειται για τα induced pluripotent stem cells, εν συντομία κύτταρα iPS). Η συγκεκριμένη εξέλιξη θεωρήθηκε ότι έφερε επανάσταση στο πεδίο και δικαίως, αφού ξεπερνούσε τον σημαντικό σκόπελο της χρήσης εμβρύων για τη λήψη των κυττάρων. Ωστόσο και αυτή η μέθοδος συνδέεται με μειονεκτήματα: κατ' αρχάς, σύμφωνα με τους ειδικούς, ο επαναπρογραμματισμός διαρκεί πολύ - απαιτούνται τουλάχιστον 30 ημέρες -, ενώ παράλληλα δίνει πολύ «φτωχά» αποτελέσματα - μόλις το 1% των ενήλικων κυττάρων μετατρέπονται σε iPS. Παράλληλα η γενετική παρέμβαση στα κύτταρα δημιουργεί φόβους σχετικά με τη χρήση τους σε ανθρώπους.

Η απίστευτη αναγέννηση του στρες

Σκεφθείτε, λοιπόν, τώρα ότι αυτός ο επαναπρογραμματισμός επετεύχθη - προς το παρόν βέβαια μόνο σε ποντίκια - χωρίς καμία γονιδιακή παρέμβαση. Δύσκολο να το πιστέψει κανείς, ήταν άλλωστε δύσκολο να γίνει πιστευτό ακόμη και από τους επιστήμονες που διεξήγαγαν τα πειράματα. Πέντε ολόκληρα χρόνια χρειάστηκε η Χαρούκο Ομποκάτα, μια νεαρή βιολόγος στο πεδίο των βλαστικών κυττάρων και πρώτη συγγραφέας των δύο νέων μελετών, για να πείσει τους συναδέλφους της ότι κατάφερε να επαναπρογραμματίσει ενήλικα κύτταρα ποντικού μόνο υποβάλλοντάς τα σε συνθήκες στρες στο εργαστήριο (επίσης απαιτήθηκαν δύο απόπειρες προκειμένου η επιθεώρηση «Nature» να κάνει δεκτή την... απίστευτη μελέτη).

Όλα ξεκίνησαν όταν η δρ Ομποκάτα πειραματιζόταν με ενήλικα κύτταρα και ανακάλυψε ότι μόλις ορισμένα από αυτά έμπαιναν σε ένα τριχοειδές σωληνάριο και «στριμώχνονταν» με τα υπόλοιπα συρρικνώνονταν λαμβάνοντας μορφή που έμοιαζε με εκείνη των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων. Σκέφτηκε έτσι να αρχίσει να υποβάλλει σε συνθήκες στρες διάφορα είδη κυττάρων - της καρδιάς, του πνεύμονα, του δέρματος, του αίματος - προκειμένου να ανακαλύψει τι θα συμβεί. Τα κύτταρα πέρασαν... τα πάνδεινα, έφθασαν σχεδόν στο κατώφλι του θανάτου - τραυματίστηκαν, εκτέθηκαν σε πολύ χαμηλά επίπεδα οξυγόνου, σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες ή «μπανιαρίστηκαν» επί 30 λεπτά σε ένα ήπια όξινο διάλυμα. Όπως προέκυψε, τα καλύτερα αποτελέσματα εξήχθησαν από τα κύτταρα του αίματος και συγκεκριμένα από λευκά αιμοσφαίρια τα οποία εμβαπτίστηκαν στο οξύ.

Και εγένοντο... STAP!

STAP cells generated entire fetus body. Credit: Haruko Obokata

Μέσα σε επτά ημέρες (αλλά ήδη από τη δεύτερη ημέρα) τα «όξινα» λευκά αιμοσφαίρια όχι μόνο επιβίωσαν της «βάναυσης» διαδικασίας αλλά επαναπρογραμματίστηκαν λαμβάνοντας ιδιότητες αντίστοιχες με εκείνες των πιο πολυδύναμων εκ των εμβρυϊκών κυττάρων, των κυττάρων δηλαδή που διαθέτει το έμβρυο αμέσως μετά τη σύλληψη όταν βρίσκεται στο στάδιο της βλαστοκύστης (στάδιο 5-7 ημερών). Τα κύτταρα αυτά που ονομάστηκαν από τους ερευνητές STAP (Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency) κατάφεραν στη συνέχεια να διαφοροποιηθούν σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων και ιστών, ανάλογα με τις συνθήκες στις οποίες εξετίθεντο κάθε φορά.

Η δρ Ομποκάτα προχώρησε όμως τα πειράματά της ένα βήμα πιο πέρα ώστε να αποδείξει πως τα κύτταρα που δημιούργησε ήταν όντως πολυδύναμα. Εισήγαγε σε αυτά πράσινες φθορίζουσες χρωστικές και τα μεταμόσχευσε σε έμβρυα ποντικού: αν τα κύτταρα ήταν πράγματι πολυδύναμα και αναπτύσσονταν σε διάφορες περιοχές του σώματος, ολόκληρο το έμβρυο θα έλαμπε με πράσινο χρώμα. Με χρήση κυττάρων νεογέννητων ποντικιών, τα έμβρυα έγιναν καταπράσινα και λαμπερά! Τα έμβρυα αυτά γεννήθηκαν και τα μικρά φάνηκε ότι είχαν ενσωματώσει τα κύτταρα STAP σε κάθε ιστό του σώματός τους. Όταν τα μικρά μεγάλωσαν, έφεραν στον κόσμο απογόνους που επίσης περιείχαν τα κύτταρα STAP - γεγονός που έδειχνε ότι τα κύτταρα ενσωματώνονταν στο σπέρμα και στα ωάρια και περνούσαν στην επόμενη γενιά.

Άλμα για την ιατρική

Τα νέα αποτελέσματα ανοίγουν πιο διάπλατα από ποτέ τον δρόμο στην αναγεννητική ιατρική καθώς υπόσχονται την εύκολη δημιουργία ιστών και οργάνων για μεταμόσχευση με βάση τα κύτταρα του κάθε ασθενούς και προσφέρουν ελπίδα στη μάχη ενάντια στον καρκίνο (για παράδειγμα, σε έναν ασθενή με καρκίνο του ήπατος θα λαμβάνεται ένα υγιές κύτταρο από το ήπαρ, θα μετατρέπεται σε STAP και αυτό με τη σειρά του σε πολλά υγιή κύτταρα αντικατάστασης). Παράλληλα ίσως δίνουν απάντηση και σε ένα μεγάλο βιολογικό μυστήριο: επί μακρόν ερευνητές αναφέρουν περιστασιακά ότι εντοπίζουν πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα σε ενήλικα θηλαστικά, αλλά τα αποτελέσματά τους δύσκολα αναπαράγονται. Κατά τον Τσαρλς Βακάντι, επιβλέποντα των νέων μελετών από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, τα καινούργια ευρήματα δείχνουν ότι και οι ενήλικοι οργανισμοί παράγουν βλαστοκύτταρα όταν βρίσκονται σε συνθήκες στρες. «Ισως η παραγωγή αυτών των κυττάρων είναι ο τρόπος με τον οποίο η φύση αντιδρά στους τραυματισμούς» σημείωσε ο ειδικός. Έτσι η καινούργια γνώση μπορεί κάποια ημέρα να οδηγήσει και σε μεθόδους επούλωσης τραυμάτων.

Η τέλεια κλωνοποίηση;

Japanese scientists have pioneered a cheap new method of creating stem cells, the stimulus-triggered acquisition of pluripotency (STAP), which requires only that blood cells be dipped into an acid bath. (Photo courtesy of Shutterstock.)

Και από την... αναγεννητική αντίδραση της φύσης στις πιθανές αντιδράσεις που μπορούν να προκύψουν από τα καινούργια ευρήματα, διά στόματος του ίδιου του δρος Βακάντι. Ο ειδικός υποστήριξε στο περιοδικό «New Scientist» - κάτι που η δρ Ομποκάτα πάντως ποτέ δεν επιβεβαίωσε - ότι ζήτησε από έναν από τους συνεργάτες του να φθάσει το πείραμα στο επίπεδο της κλωνοποίησης. Ο συνεργάτης αυτός, κατά τα λεγόμενα του δρος Βακάντι, δημιούργησε κύτταρα STAP από λευκά αιμοσφαίρια και τα άφησε να πολλαπλασιαστούν και να δημιουργήσουν σφαιρίδια κυττάρων. Ενα τέτοιο σφαιρίδιο εμφυτεύθηκε απευθείας στη μήτρα ενήλικου ποντικιού και προέκυψε έμβρυο το οποίο αναπτύχθηκε ως ένα στάδιο και μετά απεβίωσε για άγνωστους λόγους. Παρότι ο συνεργάτης αυτός δεν δέχθηκε να σχολιάσει στο περιοδικό το τι ακριβώς συνέβη, η διαδικασία φαίνεται ότι μπορεί να οδηγήσει πολύ πιο εύκολα και στη δημιουργία κλώνων στο μέλλον καταργώντας τη συμβατική διαδικασία της πυρηνικής μεταφοράς σωματικού κυττάρου. Μάλιστα, κατά την πυρηνική μεταφορά, ο κλώνος που δημιουργείται δεν είναι πιστό αντίγραφο του δότη, αφού στην όλη διαδικασία εμπλέκεται και το μιτοχονδριακό DNA του απύρηνου ωαρίου που χρησιμοποιείται για τη γονιμοποίηση. Με τη νέα μέθοδο όλα τα κύτταρα θα ανήκουν στον δότη, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα ακριβές αντίγραφό του.

Σε κάθε περίπτωση η δρ Ομποκάτα δήλωσε ότι στόχος της ομάδας δεν είναι η δημιουργία κλώνων αλλά η δημιουργία ιστών που θα ανήκουν στον κάθε ασθενή και θα σώζουν τη ζωή του όταν εκείνος τους χρειάζεται. Στο πλαίσιο αυτό οι ερευνητές άρχισαν ήδη να πειραματίζονται με ανθρώπινα κύτταρα και θα αναμένουμε με ενδιαφέρον τα αποτελέσματά τους. Μακάρι η έρευνα αυτή να επιβεβαιωθεί και από άλλες στο μέλλον, μακάρι να χρησιμοποιηθεί μόνο για καλούς σκοπούς και μακάρι τα κύτταρα STAP να βάλουν ένα μεγάλο STOP σε νόσους-μάστιγες του παγκόσμιου πληθυσμού.