Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα

Transcript

1 θέμα Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα Μια επισκόπηση της επιστήμης και των θεμάτων που εγείρονται Δημοσίευση κατόπιν αδείας από την U.S. National Academy of Sciences, Για αιώνες οι επιστήμονες γνώριζαν ότι κάποια ζώα μπορούν να αναγεννούν χαμένα τμήματα του σώματός τους. Και ο άνθρωπος στην πραγματικότητα μοιράζεται αυτή την ικανότητα που έχουν άλλα ζώα, όπως ο αστερίας και ο τρίτων. Αν και δεν μπορούμε να αναπληρώσουμε ένα απολεσθέν πόδι ή δάκτυλο, τα σώματά μας αναγεννούν κανονικά το αίμα, το δέρμα και άλλους ιστούς. Η ταυτότητα των παντοδύναμων αυτών κυττάρων που μας επιτρέπουν να αναγεννούμε μερικούς ιστούς αποκαλύφθηκε με τα πειράματα που έγιναν στο μυελό των οστών τη δεκαετία του Χάρη στα πειράματα αυτά επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη των βλαστικών κυττάρων και αναπτύχθηκε η μεταμόσχευση μυελού, μια θεραπεία που χρησιμοποιείται ευρύτατα σήμερα στην ιατρική. Αυτή η ανακάλυψη δημιούργησε προσδοκίες για τη δυνατότητα αξιοποίησης της αναγέννησης στην ιατρική. Πρώτη φορά στην ιστορία οι ιατροί μπορούσαν να αναγεννήσουν έναν κατεστραμμένο ιστό από μια νέα πηγή υγιών κυττάρων, αξιοποιώντας τη μοναδική ικανότητα των βλαστοκυττάρων να δημιουργούν πολλούς από τους τύπους των εξειδικευμένων κυττάρων του σώματός μας. Ά παξ και αναγνωρίστηκε η ιατρική δυνατότητα της αναγέννησης, μέσω των διαδοχικών μεταμοσχεύσεων μυελού των οστών, οι επιστήμονες έστρεψαν την προσοχή τους στην εύρεση παρόμοιων κυττάρων στο έμβρυο. Προγενέστερες έρευνες στην ανάπτυξη του ανθρώπου είχαν αποκαλύψει ότι τα κύτταρα του εμβρύου είναι ικανά για την παραγωγή οποιουδήποτε κυττάρου του σώματός μας. Οι επιστήμονες κατόρθωσαν να αποσπάσουν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα από τον ποντικό τη δεκαετία του 1980, αλλά μόλις το 1998 κατάφερε μια ομάδα επιστημόνων του Πανεπιστημίου του Wisconsin Madison να απομονώσει ανθρώπινα βλαστοκύτταρα και να τα κρατήσει ζωντανά στο εργαστήριο. Η ομάδα γνώριζε ότι η επιτυχία της αυτή οφειλόταν στην ικανότητα των βλαστοκυττάρων να παραμένουν αδιαφοροποίητα για μακρό χρονικό διάστημα, χωρίς ωστόσο να χάνουν την ικανότητά τους να μεταμορφώνονται σε μια ποικιλία κυττάρων, στα οποία συμπεριλαμβάνονται νευρικά κύτταρα, κύτταρα του εντέρου, των μυών, των οστών και των χόνδρων. Η έρευνα στα βλαστοκύτταρα γρήγορα συνοδεύτηκε από ελπίδες για επίτευξη μεγάλων ιατρικών ανακαλύψεων. Οι επιστήμονες προσπαθούν να σχεδιάσουν θεραπείες με τις οποίες κατεστραμμένα κύτταρα ανασυντίθενται ή αντικαθίστανται από ιστούς που έχουν προέλθει από βλαστοκύτταρα, ώστε να προσφέρουν ελπίδα στους ανθρώπους που πάσχουν από καρκίνο, διαβήτη, καρδιαγγειακά νοσήματα, τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού και πολλές άλλες αρρώστιες. Τόσο τα ενήλικα όσο και τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα ανοίγουν νέους δρόμους στους ερευνητές για την ανάπτυξη σύγχρονων αξιόπιστων μεθόδων ανακάλυψης και ελέγχου φαρμάκων. Παρέχουν επίσης ισχυρότατα όπλα στην έρευνα για την κατανόηση της βασικής βιολογίας του ανθρώπινου σώματος. Συμβουλευόμενες ειδικούς επιστήμονες, ιατρούς, αρμόδιους σε θέματα βιοηθικής και άλλους, οι Εθνικές Ακαδημίες εξέτασαν τις δυνατότητες των τεχνολογίας των βλαστοκυττάρων στην ιατρική και παρείχαν ένα φόρουμ για την συζήτηση των δεοντολογικών ζητημάτων και των ηθικών διλημμάτων της έρευνας για τα βλαστοκύτταρα. Τι είναι τα βλαστικά κύτταρα Τελικά, η αντίστροφη παρακολούθηση της πορείας κάθε κυττάρου του ανθρωπίνου σώματος μας οδηγεί προς τα πίσω σε ένα γονιμοποιημένο ωάριο που προήλθε από την ένωση ενός ωαρίου με ένα σπερματοζωάριο. Όμως το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από 200 διαφορετικούς τύπους κυττάρων, όχι από έναν μόνο. Κατά τη διάρκεια της πρώιμης ανάπτυξης, όπως και αργότερα, διάφοροι τύποι βλαστοκυττάρων γεννούν εξειδικευμένα ή διαφοροποιημένα κύτταρα, όπως τα νευρικά κύτταρα, τα κύτταρα του δέρματος, του αίματος, και των μυών, που διεκπεραιώνουν συγκεκριμένες λειτουργίες του οργανισμού. Κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων δεκαετιών, οι επιστήμονες αποκρυπτογράφησαν βαθμιαία τις διαδικασίες με τις οποίες τα αδιαφοροποίητα βλαστοκύτταρα αναπτύσσονται στους εξειδικευμένους τύπους κυττάρων του ανθρωπίνου σώματος. Τα βλαστοκύτταρα μπορούν να αναπαραχθούν και να παραγάγουν εξειδικευμένους τύπους κυττάρων. Αυτή η ιδιότητα καθιστά τα βλαστοκύτταρα ελκυστικά για τους επιστήμονες που επιδιώκουν να σχεδιάσουν θεραπευτικές εφαρμογές για την αντικατάσταση των κυττάρων που έχουν καταστραφεί ή χαθεί. 22

2 re-code #1 01/2008 Τι είναι ένα βλαστοκύτταρο; Αναπαραχθεί Βλαστοκύστη Μορίδιο Εσωτερική μάζα κυττάρων Είναι ένα κύτταρο που μπορεί να: Καλλιέργεια Μη διαφοροποιημένα βλαστοκύτταρα Διαφοροποιηθεί σε πολλούς τύπους κυττάρων Εξειδικευμένα κύτταρα Οι τύποι των βλαστοκυττάρων Βλαστοκύτταρα υπάρχουν σε όλους μας, από τα πρώτα στάδια της ανθρώπινης ανάπτυξης ως το τέλος της ζωής μας. Όλα τα βλαστοκύτταρα αποδεικνύονται χρήσιμα στην ιατρική έρευνα, κάθε τύπος, όμως, παρέχει τόσο υποσχέσεις όσο και περιορισμούς. Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, που μπορούν να ληφθούν από ένα πολύ αρχικό στάδιο της ανθρώπινης ανάπτυξης, έχουν τη δυνατότητα να παράγουν όλους τους τύπους κυττάρων του ανθρώπινου σώματος. Τα ενήλικα βλαστοκύτταρα, που βρίσκονται σε ορισμένους ιστούς του πλήρως ανεπτυγμένου ανθρώπου, από το μωρό ως τον ενήλικα, μπορεί να περιορίζονται στην παραγωγή ορισμένων μόνο τύπων εξειδικευμένων κυττάρων. Προσφάτως, οι επιστήμονες ταυτοποίησαν βλαστοκύτταρα στο αίμα του ομφάλιου λώρου και στον πλακούντα από τα οποία μπορούν να παραχθούν οι διάφοροι τύποι των κυττάρων του αίματος. Εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα Η βλαστοκύστη είναι το μη εμφυτευμένο έμβρυο που έχει αναπτυχθεί 5 ημέρες μετά τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου από ένα σπερματοζωάριο. Η βλαστοκύστη περιέχει όλα τα υλικά που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη ενός πλήρους ανθρώπινου σώματος. Η βλαστοκύστη είναι μια ως επί το πλείστον κοίλη σφαίρα από κύτταρα, το μέγεθος της οποίας είναι μικρότερο από το μέγεθος της τελείας που υπάρχει στο τέλος αυτής της πρότασης. Στο εσωτερικό της βρίσκεται η εσωτερική μάζα κυττάρων που αποτελείται από κύτταρα που χαρακτηρίζονται από τους επιστήμονες ως πολυδύναμα, λόγω της ικανότητάς τους να διαφοροποιούνται προς όλους τους τύπους κυττάρων του ανθρώπινου σώματος. Στην καθομιλουμένη, με τη λέξη «έμβρυο» αναφερόμαστε σε όλα τα στάδια της ανάπτυξης από τη γονιμοποίηση και εντεύθεν. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τους όρους μορίδιο και βλαστοκύστη όταν αναφέρονται σε καθορισμένα στάδια της ανάπτυξης, πριν την εμφύτευση. Στο παρόν ένθετο, προκειμένου να είμαστε όσο το δυνατόν πιο ακριβείς, χρησιμοποιούμε τους επιστημονικούς όρους όταν περιγράφουμε επιστημονικές έννοιες, χρησιμοποιούμε όμως και τη λέξη έμβρυο όταν η μεγάλη ακρίβεια είναι πιθανότερο να προκαλέσει σύγχυση παρά να αποσαφηνίσει τα πράγματα. Στη φυσιολογική ανάπτυξη, η βλαστοκύστη εμφυτεύεται στο τοίχωμα της μήτρας ώστε να γίνει έμβρυο και να συνεχίσει να αναπτύσσεται σε ώριμο οργανισμό. Τα εξωτερικά κύτταρά της θα αρχίσουν να σχηματίζουν τον πλακούντα, ενώ τα εσωτερικά θα αρχίσουν να διαφοροποιούνται προς όλο και περισσότερο εξειδικευμένα κύτταρα του οργανισμού. Όταν η βλαστοκύστη πρόκειται να χρησιμοποιηθεί στην έρευνα των βλαστοκυττάρων, οι επιστήμονες αφαιρούν την εσωτερική μάζα κυττάρων και τα τοποθετούν σε τρυβλία με ένα πλούσιο θρεπτικό υπόστρωμα, ώστε να δώσουν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Τα κύτταρα αυτά φαίνεται ότι είναι περισσότερο ευέλικτα από τα βλαστικά κύτταρα των ενηλίκων, καθώς έχουν τη δυνατότητα να παραγάγουν κάθε τύπο κυττάρου του ανθρώπινου οργανισμού. Είναι επίσης ευκολότερο να συλλεχθούν, να απομονωθούν και να διατηρηθούν στο εργαστήριο, σε σχέση με τα ενήλικα βλαστοκύτταρα. Οι επιστήμονες μπορούν να κάνουν τα βλαστοκύτταρα να αναπαράγονται για μεγάλες χρονικές περιόδους, παραμένοντας σε 23

3 θέμα Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα μια αδιαφοροποίητη κατάσταση, πριν τα προκαλέσουν να παράξουν διαφοροποιημένα κύτταρα. Αυτό σημαίνει ότι αρκούν λίγα βλαστοκύτταρα για την παραγωγή μιας μεγάλης τράπεζας από αυτά, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα πειράματα. Ωστόσο τέτοια αδιαφοροποίητα βλαστοκύτταρα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα στις μεταμοσχεύσεις ιστών, διότι μπορούν να προκαλέσουν ένα τύπο όγκου που ονομάζεται τεράτωμα. Για να μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα βλαστοκύτταρα για θεραπευτικούς σκοπούς, πρέπει πρώτα να διαφοροποιηθούν σε εξειδικευμένους τύπους κυττάρων. Μερικοί θεωρούν ότι η έρευνα για τα βλαστοκύτταρα είναι ηθικά απαράδεκτη, διότι με την αφαίρεση της εσωτερικής μάζας των κυττάρων, η βλαστοκύστη δεν μπορεί να αναπτυχθεί σε ένα πλήρες ανθρώπινο όν. Οι πηγές των εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων In vitro γονιμοποίηση: Η πηγή βλαστοκύστεων με τη μεγαλύτερη δυναμικότητα για την έρευνα των βλαστοκυττάρων προέρχεται από τις κλινικές in vitro γονιμοποίησης (IVF). Η διαδικασία της IVF προϋποθέτει την πρόσληψη των ωαρίων 24 Βλαστική κοιλότητα Τροφοβλάστη Πώς δημιουργούνται τα ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα Γονιμοποίηση in vitro Ημέρα 0 Εμβρυοβλάστη Ολοδύναμα κύτταρα Ημέρα 3 Βλαστοκύστη Ημέρα 5 Καλλιέργεια πολυδύναμων βλαστοκυττάρων μιας γυναίκας με μια χειρουργική διαδικασία την οποία η γυναίκα υφίσταται μετά την υποβολή της σε εντατική αγωγή με «φάρμακα γονιμότητας», προκειμένου να υποκινηθούν οι ωοθήκες της να παράγουν μεγάλο αριθμό ώριμων ωαρίων. Όταν η IVF χρησιμοποιείται για αναπαραγωγικούς λόγους, οι γιατροί γονιμοποιούν όλα τα ωάρια, ώστε να μεγιστοποιηθεί η πιθανότητα παραγωγής μιας βιώσιμης βλαστοκύστης που μπορεί να εμφυτευθεί στη μήτρα. Επειδή όμως δεν εμφυτεύονται όλα τα γονιμοποιημένα ωάρια, παράγεται μια μεγάλη τράπεζα βλαστοκύστεων που περισσεύουν, οι οποίες φυλάσσονται σε ψυκτικούς θαλάμους που είναι διεσπαρμένοι σε όλη τη χώρα. Οι βλαστοκύστεις που αποθηκεύονται στις κλινικές IVF θα μπορούσαν να αποδειχθούν μια σημαντική πηγή εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων, προορισμένων να χρησιμοποιηθούν στη βιοϊατρική έρευνα. Επειδή όμως οι περισσότερες από αυτές τις βλαστοκύστεις είχαν δημιουργηθεί πριν υπάρξει έρευνα στα βλαστοκύτταρα, οι περισσότεροι δότες δεν είχαν ερωτηθεί αν συγκατατίθενται να χρησιμοποιηθούν για ερευνητικούς σκοπούς αυτές οι βλαστοκύστεις που περίσσευαν. Η τεχνική της in vitro γονιμοποίησης θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή βλαστοκύστεων για συγκεκριμένους ερευνητικούς σκοπούς. Αυτό θα διευκόλυνε την απομόνωση βλαστικών κυττάρων με γενετικά χαρακτηριστικά που είναι απαραίτητα για τη μελέτη συγκεκριμένων ασθενειών. Για παράδειγμα, μπορεί να γίνει δυνατή η μελέτη της προέλευσης μιας κληρονομικής νόσου όπως η κυστική ίνωση, χρησιμοποιώντας βλαστικά κύτταρα που έχουν παραχθεί από ωάρια και σπερματοζωάρια δοτών οι οποίοι πάσχουν από αυτό το νόσημα. Ωστόσο, για μερικούς ανθρώπους η δημιουργία βλαστικών κυττάρων για ερευνητικούς λόγους με τη χρήση IVF, θεωρείται ηθικά προβληματική, επειδή αποσκοπεί στη δημιουργία μιας βλαστοκύστης που δεν θα αναπτυχθεί ποτέ σε ανθρώπινο όν. Πυρηνική μεταφορά: Η διαδικασία που αποκαλείται πυρηνική μεταφορά αποτελεί μια άλλη πιθανή μέθοδο παραγωγής εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων. Στα ζώα η πυρηνική μεταφορά διενεργείται με την εισαγωγή του πυρήνα ενός ήδη διαφοροποιημένου ενήλικου κυττάρου για παράδειγμα ενός κυττάρου του δέρματος σε ένα ωάριο από το οποίο έχει αφαιρεθεί ο πυρήνας. Το ωάριο αυτό, που πλέον περιέχει το γενετικό υλικό του κυττάρου του δέρματος, διεγείρεται ώστε να σχηματίσει μια βλαστοκύστη από την οποία μπορούν να παραχθούν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Συνεπώς, τα βλαστοκύτταρα που δημιουργήθηκαν με τη μέθοδο αυτή, αποτελούν «κλώνους» του αρχικού ενήλικου κυττάρου, καθώς το πυρηνικό DNA τους είναι όμοιο με το δικό του. Ως το καλοκαίρι του 2006 η πυρηνική μεταφορά δεν ήταν επιτυχής στην παραγωγή ανθρώπινων εμβρυϊκών κυττάρων (Οι ισχυρισμοί ενός Κορεάτη επιστήμονα, ότι παρήγαγε ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα χρησιμοποιώντας την τεχνική της πυρηνικής μεταφοράς αποδείχτηκαν αβάσιμοι και απορρίφθηκαν), η πρόοδος όμως στην έρευνα που γίνεται στους ζωικούς οργανισμούς θα καταστήσει δυνατή τη χρησιμοποίηση αυτής της τεχνικής για την παραγωγή ανθρώπινων βλαστοκυττάρων στο μέλλον.

4 re-code #1 01/2008 Η παραγωγή εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων με τη χρήση της πυρηνικής μεταφοράς δεν είναι το ίδιο πράγμα με την αναπαραγωγική κλωνοποίηση Η χρησιμοποίηση της πυρηνικής μεταφοράς για την ανάπτυξη ειδικών βλαστοκυττάρων για νοσήματα μπορεί να αποκληθεί ερευνητική κλωνοποίηση και η χρησιμοποίηση αυτής της τεχνικής για προσωποποιημένη μεταμόσχευση ιστών ονομάζεται μερικές φορές θεραπευτική κλωνοποίηση. Οι όροι αυτοί πρέπει να διακριθούν προσεκτικά από την αναπαραγωγική κλωνοποίηση, της οποίας σκοπός είναι η εμφύτευση ενός κλωνοποιημένου εμβρύου στη μήτρα μιας γυναίκας ώστε να αναπτυχθεί πλήρως σε άτομο. Αυτή είναι η τεχνική με την οποία δημιουργήθηκε η Dolly και που σήμερα χρησιμοποιείται ευρέως για την αναπαραγωγική κλωνοποίηση ζώων. Ωστόσο, στον άνθρωπο, η αναπαραγωγική κλωνοποίηση έχει αποθαρρυνθεί ενεργά από την πλειονότητα της επιστημονικής κοινότητας. Οι Εθνικές Ακαδημίες στην αναφορά τους το 2002 για τις Επιστημονικές και Ιατρικές πλευρές της Αναπαραγωγικής Κλωνοποίησης στον Άνθρωπο, έχουν διατυπώσει τη θέση ότι «Η αναπαραγωγική κλωνοποίηση ανθρώπου δεν πρέπει να επιχειρηθεί στον τρέχοντα χρόνο. Είναι επικίνδυνη και είναι πιθανό να αποτύχει». Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αν μπορούν να χρησιμοποιήσουν την πυρηνική μεταφορά για την παραγωγή ανθρώπινων βλαστοκυττάρων θα μπορούν να μελετήσουν την ανάπτυξη και την πορεία συγκεκριμένων ασθενειών, κατασκευάζοντας βλαστοκύτταρα που περιέχουν τα γονίδια για τις ασθένειες αυτές. Στο μέλλον οι επιστήμονες μπορεί να είναι ικανοί να κατασκευάσουν «πρωσοποποιημένα» βλαστοκύτταρα που θα περιέχουν το γενετικό υλικό του συγκεκριμένου ασθενούς. Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα που δημιουργούνται με την πυρηνική μεταφορά θα ταιριάζουν γενετικά με το άτομο που χρειάζεται ένα μόσχευμα, μειώνοντας την πιθανότητα να το απορρίψει ο οργανισμός του, κάτι που συμβαίνει στις παραδοσιακές διαδικασίες μεταμόσχευσης. Αν και η χρησιμοποίηση της πυρηνικής μεταφοράς για την παραγωγή βλαστοκυττάρων δεν είναι ταυτόσημη με την αναπαραγωγική κλωνοποίηση, μερικοί ανησυχούν ότι θα υπάρξει κακή εφαρμογή της τεχνικής σε διαδικασίες που αποσκοπούν στην αναπαραγωγική κλωνοποίηση. Άλλα ηθικά ζητήματα είναι η δωρεά ωαρίων, που απαιτεί συγκατάθεση της δότριας, καθώς και η πιθανή καταστροφή των βλαστοκύστεων. Ενήλικα βλαστοκύτταρα: Τα ενήλικα βλαστοκύτταρα βρίσκονται βαθιά κρυμμένα στα όργανα, περιβαλλόμενα από εκατομμύρια συνηθισμένων κυττάρων και μπορούν, όποτε χρειάζεται, να αναπλη- Σύγκριση των διαφόρων πηγών βλαστοκυττάρων Εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα Ενήλικα βλαστοκύτταρα Ιδιότητες In vitro γονιμοποίηση > Μπορεί να παραγάγει όλους τους κυτταρικούς τύπους. > Σχετικώς εύκολη ταυτοποίηση, απομόνωση, διατήρηση και καλλιέργεια στο εργαστήριο. > Μεγάλη πηγή βλαστοκυττάρων που «περισσεύουν» από κλινικές IVF. Πυρηνική μεταφορά > Μπορεί να παραγάγει όλους τους κυτταρικούς τύπους. > Σχετικώς εύκολη ταυτοποίηση, απομόνωση, διατήρηση και καλλιέργεια στο εργαστήριο. > Παραγωγή βλαστοκυττάρων που μπορεί να είναι γενετικώς συμβατά με τον ασθενή. Ενήλικες ιστοί > Επιτυχής εφαρμογή σε μερικές θεραπείες. > Παραγωγή βλαστοκυττάρων που μπορεί να είναι γενετικώς συμβατά με τον ασθενή. Περιορισμοί In vitro γονιμοποίηση > Περιορισμένος αριθμός κυτταρικών γραμμών για τις ανάγκες της ομοσπονδιακά χρηματοδοτούμενης έρευνας. > Κίνδυνοι για τη δημιουργία τερατωμάτων (όγκων) από τη μεταμόσχευση αδιαφοροποίητων βλαστοκυττάρων. Πυρηνική μεταφορά > Δεν έχει ακόμη επιτευχθεί στον άνθρωπο. > Κίνδυνοι για τη δημιουργία τερατωμάτων (όγκων) από τη μεταμόσχευση αδιαφοροποίητων βλαστοκυττάρων. Ενήλικες ιστοί > Παραγωγή περιορισμένου αριθμού κυτταρικών τύπων. > Δεν βρίσκονται σε όλους τους ιστούς. > Δυσκολίες στην ταυτοποίηση, απομόνωση, διατήρηση και καλλιέργεια στο εργαστήριο. Ηθικές επιφυλάξεις In vitro γονιμοποίηση > Καταστροφή ανθρώπινων βλαστοκύστεων. > Η χορήγησή τους απαιτεί τη σύμφωνη γνώμη των δοτών. Πυρηνική μεταφορά > Καταστροφή ανθρώπινων βλαστοκύστεων. > Η δωρεά ωαρίων απαιτεί τη σύμφωνη γνώμη της δότριας. > Φόβοι για ενδεχόμενη χρησιμοποίησή τους σε αναπαραγωγική κλωνοποίηση. Ενήλικες ιστοί > Δεν έχουν ανακύψει σημαντικές ηθικές επιφυλάξεις για τη χρήση τους. 25

5 θέμα Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα ρώνουν μερικά από αυτά. Στην πραγματικότητα, μερικά ενήλικα βλαστοκύτταρα χρησιμοποιούνται σήμερα στη θεραπεία. Τα βλαστοκύτταρα έχουν βρεθεί σε διάφορα όργανα που χρειάζονται συνεχή ανανέωση των κυττάρων τους, όπως στο αίμα, το δέρμα, το επιθήλιο των εντέρων, ενώ έχουν επίσης βρεθεί σε αναπάντεχες θέσεις, όπως για παράδειγμα στον εγκέφαλο, για τον οποίο δεν είναι γνωστό να αναπληρώνει τα κύτταρά του. Αντίθετα από τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, τα ενήλικα είναι ήδη σε κάποιο βαθμό εξειδικευμένα. Για παράδειγμα, τα βλαστοκύτταρα του αίματος κανονικά παράγουν τους διάφορους τύπους κυττάρων του αίματος, ενώ τα νευρικά βλαστοκύτταρα, παράγουν μόνο τους διαφορετικούς τύπους κυττάρων του εγκεφάλου. Ωστόσο, σύγχρονες έρευνες δείχνουν ότι μερικά βλαστοκύτταρα μπορούν να είναι περισσότερο ευέλικτα απ όσο θεωρούσαμε στο παρελθόν, καθώς μπορούν να παράγουν μια μεγάλη ποικιλία κυτταρικών τύπων. Για παράδειγμα μερικά πειράματα προτείνουν ότι βλαστικά κύτταρα του αίματος που απομονώθηκαν από ενήλικους ποντικούς μπόρεσαν να παραγάγουν ηπατικά και μυϊκά κύτταρα, καθώς και κύτταρα του δέρματος. Αυτά όμως τα αποτελέσματα δεν έχουν αποδειχτεί και, επίσης, δεν έχουν παρατηρηθεί σε ανθρώπινα κύτταρα. Ωστόσο, οι επιστήμονες εργάζονται προκειμένου να ανακαλύψουν έναν τρόπο να διεγείρουν τα ενήλικα βλαστοκύτταρα ή άλλους τύπους ενηλίκων κυττάρων, ώστε να γίνουν περισσότερο πολύπλευρα. Αν το επιτύχουν, τότε θα έχουν παράξει μια άλλη πηγή αδιαφοροποίητων βλαστοκυττάρων. Η εργασία με τα βλαστοκύτταρα Η καθημερινή εργασία στα εργαστήρια που μελετούν τα βλαστοκύτταρα ξεκινά με την ανάπτυξη τρόπων για την ταυτοποίηση των βλαστικών κυττάρων, την καλλιέργεια κυτταρικών γραμμών και τη διέγερση των βλαστοκυττάρων ώστε να διαφοροποιηθούν. Μόλις επιτευχθούν αυτά τα βήματα, η εργασία πάνω σε ζωικούς οργανισμούς κατέχει ένα σημαντικό ρόλο στην προώθηση της βασικής έρευνας και την ανάπτυξη ιατρικών εφαρμογών. Αυτή η εργασία είναι απαραίτητη προκειμένου να διαμορφωθούν οι θεμελιώδεις γνώσεις που θα χαράξουν το δρόμο για ιατρικά επιτεύγματα. Η ταυτοποίηση των βλαστοκυττάρων Ήδη από το 1961, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι ο ενήλικος ερυθρός μυελός περιέχει κύτταρα από τα οποία μπορούν να προκύψουν όλα τα ήδη κυττάρων του αίματος. Μόλις το 1988, όμως, τα βλαστικά κύτταρα αυτά απομονώθηκαν ως καθαροί πληθυσμοί. Γιατί χρειάστηκε τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα; Η τεχνική για την ταυτοποίηση των βλαστοκυττάρων αναπτύχθηκε σχετικά προσφάτως. Αυτό ως ένα βαθμό οφείλεται στο ότι τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα είναι από την ίδια τη φύση τους δυσδιάκριτα στη μορφή, το μέγεθος, και τη λειτουργία. Τείνουν επίσης να κρύβονται βαθιά στους ιστούς και ανευρίσκονται σε πολύ μικρό αριθμό, κάτι που κάνει την ταυτοποίηση και την απομόνωσή τους τόσο δύσκολη όσο η εύρεση μιας βελόνας σε μια θημωνιά άχυρου. Πώς, όμως, οι επιστήμονες γνωρίζουν πότε έχουν βρει ένα βλαστοκύτταρο; Κάθε κύτταρο έχει μια συγκεκριμένη συλλογή πρωτεϊνών στην επιφάνειά του, η οποία διαφέρει μεταξύ των διαφορετικών τύπων κυττάρων. Οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιούν αυτές τις επιφανειακές πρωτεΐνες ως «δείκτες» που χαρακτηρίζουν κάθε κυτταρικό τύπο, λειτουργώντας ως ένα είδος «μοριακής ταυτότητας». Έτσι, χρησιμοποιώντας μόρια που φθορίζουν όταν βάλλονται από συγκεκριμένα μήκη κύματος και που μπορούν να αναγνωρίζουν και να συνδέονται με συγκεκριμένες επιφανειακές πρωτεΐνες, οι επιστήμονες μπορούν να διακρίνουν αν έχουν να κάνουν με ένα βλαστοκύτταρο του αίματος ή με ένα ώριμο λευκό αιμοσφαίριο. Δυστυχώς, όμως, δεν είναι δυνατός ο προσδιορισμός όλων των βλαστοκυττάρων με τον τρόπο αυτό, διότι οι επιστήμονες δεν έχουν προσδιορίσει ακόμη όλους τους δείκτες για όλους τους τύπους βλαστοκυττάρων. Οι επιστήμονες αναγνωρίζουν επίσης τα βλαστοκύτταρα από τη συμπεριφορά τους στο εργαστήριο: τα βλαστικά κύτταρα τείνουν να παραμένουν αδιαφοροποίητα και να αναπαράγονται για μεγάλες χρονικές περιόδους. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι ίσως υπάρχουν περισσότεροι τύποι ενήλικων βλαστοκυττάρων από τα λίγα που έχουν ήδη προσδιορίσει, αλλά η εύρεσή τους είναι μια δύσκολη διαδικασία. Χαρακτηριστικά εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων 1. Προέλευση: Προέρχονται από έμβρυο πριν από την εμφύτευση (pre-implantation) ή κατά τη διάρκεια αυτής (peri-implantation) 2. Αυτο-ανανέωση: τα κύτταρα μπορούν να διαιρούνται προκειμένου να δημιουργήσουν αντίγραφα του εαυτού τους για μεγάλο διάστημα χωρίς να διαφοροποιούνται. 3. Πολυδυναμία: τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα μπορούν να μετατραπούν σε κύτταρα και των τριών εμβρυϊκών στιβάδων ακόμα και αν έχουν διατηρηθεί σε καλλιέργεια για μεγάλο χρονικό διάστημα. Βλαστοκύστη Βλαστοκύτταρο Οι τρεις εμβρυϊκές στιβάδες και από ένα παράδειγμα κυτταρικού είδους που προκύπτει από το κάθε στιβάδα: εξώδερμα μεσόδερμα ενδόδερμα νευρώνας Από το εξώδερμα δημιουργείται ο εγκέφαλος η σπονδυλική στήλη, τα νευρικά κύτταρα, τα μαλλιά, το δέρμα, τα δόντια, τα αισθητήρια κύτταρα των ματιών, των αυτιών, της μύτης και του στόματος, καθώς και τα χρωστικά κύτταρα. κύτταρα αίματος Από το μεσόδερμα δημιουργούνται οι μύες, το αίμα, τα αιμοφόρα αγγεία, οι συνδετικοί ιστοί και η καρδιά. ηπατικό κύτταρο Από το ενδόδερμα δημιουργούνται τα εσωτερικά όργανα (πάγκρεας, στομάχι, ήπαρ κ.λπ.), οι πνεύμονες, η ουροδόχος κύστη και οι γαμέτες (ωάρια ή σπέρμα). 26

6 re-code #1 01/2008 Καλλιέργεια των κυτταρικών γραμμών και διέγερση των βλαστικών κυττάρων, ώστε να διαφοροποιηθούν Ο όρος κυτταρική καλλιέργεια αναφέρεται στην ανάπτυξη και τη διατήρηση κυττάρων σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον, έξω από κάποιον οργανισμό. Μια επιτυχής κυτταρική καλλιέργεια βλαστοκυττάρων είναι μια καλλιέργεια στην οποία τα κύτταρα διατηρούνται υγιή, διαιρούμενα και αδιαφοροποίητα. Η καλλιέργεια βλαστοκυττάρων είναι το πρώτο βήμα στη δημιουργία μιας γραμμής βλαστοκυττάρων - δηλαδή ένα πολλαπλασιαζόμενο σύνολο γενετικώς ταυτόσημων κυττάρων. Οι γραμμές βλαστοκυττάρων είναι σημαντικές, διότι αποτελούν μια μακροχρόνια πηγή πολλαπλασιαζόμενων κυττάρων που είναι διαθέσιμα στους επιστήμονες για την έρευνα και την ανάπτυξη νέων θεραπειών. Οι Εθνικές Ακαδημίες, στην αναφορά τους «Τα Βλαστοκύτταρα και το μέλλον της Αναγεννητικής Ιατρικής» (2001), περιέγραψαν μερικές από τις προκλήσεις της διατήρησης κυτταρικών γραμμών: «Με την πάροδο του χρόνου, όλες οι κυτταρικές γραμμές μεταβάλλονται, συνήθως συσσωρεύοντας δυσμενείς γενετικές μεταλλάξεις. Δεν υπάρχει λόγος να περιμένουμε οι κυτταρικές γραμμές να συμπεριφέρονται διαφορετικά. Ενώ, λοιπόν, έχουμε να μάθουμε πολλά από τις υπάρχουσες κυτταρικές γραμμές τέτοιες ανησυχίες επιβάλλουν τη συνέχιση του ελέγχου αυτών των κυττάρων, αλλά και την ανάπτυξη νέων κυτταρικών γραμμών βλαστοκυττάρων στο μέλλον». Μετά τη δημιουργία μιας σταθεροποιημένης κυτταρικής γραμμής βλαστοκυττάρων, οι επιστήμονες ξεκινούν τη διαδικασία της διέγερσής τους ώστε να διαφοροποιηθούν σε εξειδικευμένους κυτταρικούς τύπους. Το κυτταρικό περιβάλλον στο οποίο τα βλαστοκύτταρα βρίσκονται φυσιολογικά, παρέχει στους επιστήμονες πληροφορίες για το πώς θα προκαλέσουν τη διαφοροποίησή τους στο εργαστήριο. Για παράδειγμα, στο μυελό των οστών, όπου βρίσκονται τα βλαστοκύτταρα του αίματος, τα οστικά κύτταρα αποστέλλουν φυσικά και χημικά μηνύματα που κατευθύνουν τα βλαστοκύτταρα να διαφοροποιηθούν. Οι επιστήμονες έχουν μόλις τώρα αρχίσει να κατανοούν αυτά τα μηνύματα και έχουν αναπτύξει μεθόδους με τις οποίες προσομοιώνεται η διαδικασία αυτή στις κυτταρικές καλλιέργειες. Συνήθως, η τεχνική περιλαμβάνει την προσθήκη συγκεκριμένων πρωτεϊνών στην κυτταροκαλλιέργεια και, σε μερικές περιπτώσεις, την εισαγωγή συγκεκριμένων γονιδίων στα βλαστικά κύτταρα. Είναι σημαντικό να είναι βέβαιοι οι επιστήμονες ότι τα βλαστικά κύτταρα θα έχουν πλήρως διαφοροποιηθεί, πριν χρησιμοποιηθούν σε ιατρικές εφαρμογές. Αν πλήρως αδιαφοροποίητα βλαστικά κύτταρα (όπως τα εμβρυϊκά) μεταμοσχευθούν κατευθείαν σε έναν οργανισμό, είναι πιθανή η δημιουργία ενός τύπου όγκου που αποκαλείται τεράτωμα, κάτι που οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει σε πειράματα με ποντικούς. Τα ημιεξειδικευμένα ενήλικα βλαστοκύτταρα και διαφοροποιημένα κύτταρα που έχουν προέλθει από εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, δεν προκαλούν τη δημιουργία τερατωμάτων. Ο ρόλος των ζώων στην έρευνα για τα βλαστοκύτταρα Στην ιατρική έρευνα, όπως και στην έρευνα στην οποία μελετώνται οι βασικές διαδικασίες, με τις οποίες αναπτύσσονται οι οργανισμοί και οι ασθένειες, οι επιστήμονες συχνά χρησιμοποιούν πειραματόζωα. Η μεταμόσχευση ανθρώπινων κυττάρων σε ζώα, όπως ο ποντικός, από καιρού αποτελεί μια συνήθη πρακτική για τον έλεγχο της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας νέων φαρμάκων, διαδικασιών και ιατρικών συσκευών, πριν τη χρησιμοποίησή τους σε ανθρώπους εθελοντές. Στην έρευνα για τα βλαστοκύτταρα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ζώα για να βεβαιωθούν ότι τα κύτταρα αυτά μπορούν να ενσωματωθούν στους ιστούς χωρίς να προκαλέσουν ανεπιθύμητες συνέπειες και ότι η λειτουργία τους εναρμονίζεται με τη λειτουργία του υπόλοιπου σώματος. Για παράδειγμα, πριν τη χρησιμοποίηση βλαστικών κυττάρων για την αντικατάσταση παγκρεατικών κυττάρων που έχουν καταστραφεί από το διαβήτη τύπου Ι στον άνθρωπο, οι επιστήμονες μεταμοσχεύουν ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα σε ποντικούς, ώστε να διαπιστώσουν αν διαφοροποιούνται σε υγιή κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη. Αν η μέθοδος αποδειχτεί επιτυχής στους ποντικούς, μπορεί τελικώς να χρησιμοποιηθεί από τους επιστήμονες στην ανάπτυξη τεχνολογιών θεραπείας του διαβήτη στον άνθρωπο. Η έρευνα με τα πειραματόζωα μπορεί επίσης να αποκαλύψει πώς τα ανθρώπινα κύτταρα διαφοροποιούνται κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής ανάπτυξης. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες μπορούν να μεταμοσχεύουν ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα σε έναν ποντικό που βρίσκεται στην ανάπτυξη, προκειμένου να μελετήσουν τις διαδικασίες με τις οποίες συντίθενται και οργανώνονται οι διαφορετικοί ιστοί που συνιστούν τον ανθρώπινο οργανισμό. Οι επιστήμονες μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν την ανάπτυξη και την εξέλιξη συγκεκριμένων ασθενειών σε ένα ζωικό οργανισμό. Με τη μεταμόσχευση ανθρώπινων βλαστοκυττάρων, που προκαλούν συγκεκριμένες ασθένειες, σε μια βλαστοκύστη ποντικού, οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρούν πότε και πώς τα κύτταρα που έχουν επηρεαστεί αρχίζουν να δείχνουν ενδείξεις της ασθένειας και να δοκιμάζουν φάρμακα που ίσως παρεμποδίζουν την εξέλιξή της. Οι οργανισμοί που περιέχουν κύτταρα ή ιστούς από ένα άλλο άτομο του ίδιου ή διαφορετικού είδους αποκαλούνται χίμαιρες. Ένα κοινό παράδειγμα χίμαιρας είναι ένας ποντικός στον οποίο έχουν μεταμοσχευθεί ανθρώπινα κύτταρα, ώστε να καθίσταται δυνατή η μελέτη ενός ανθρώπινου νοσήματος, ή ο έλεγχος ενός νέου φαρμάκου. Ένα άτομο που έχει υποβληθεί σε μετάγγιση αίματος ή έχει υποβληθεί σε μεταμόσχευση καρδιακής βαλβίδας που προέρχεται από χοίρο είναι επίσης, από τεχνική σκοπιά, μια χίμαιρα. Η δημιουργία χιμαιρών για ερευνητικούς σκοπούς έχει σημαντικές ηθικές επιπτώσεις που έχουν γίνει αντικείμενο συζητήσεων μεταξύ επιστημόνων, ειδικών σε θέματα δεοντολογίας και του κοινού, ειδικά μάλιστα όταν οι χίμαιρες περιέχουν τόσο ανθρώπινα όσο και ζωικά κύτταρα. Εναλλακτικές δυνατότητες χρησιμοποίησης εμβρύων στην έρευνα για τα βλαστοκύτταρα Προκειμένου οι επιστήμονες να ικανοποιήσουν τις ηθικές ενστάσεις σχετικά με την καταστροφή των βλαστοκύστεων, προσπαθούν να βρουν νέους τρόπους για την παραγωγή βλαστοκυττάρων που συμπεριφέρονται όπως τα εμβρυϊκά, με τους οποίους δεν προκαλείται καταστροφή των βλαστοκύστεων. Καθώς η επιστήμη προοδεύει, είναι πιθανό να ανακύψουν ηθικά ζητήματα για την εφαρμογή αυτών των εναλλακτικών μεθόδων. Μερικοί πιθανές εναλλακτικές δυνατότητες, είναι: 27

7 θέμα Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα > Κύτταρα που έχουν συλλεχθεί από το μορίδιο, το αναπτυξιακό στάδιο πριν το στάδιο της βλαστοκύστης. Το μορίδιο, μια συμπαγής σφαίρα από κύτταρα, φαίνεται ότι μπορεί να αντέξει την αφαίρεση μερικών κυττάρων, χωρίς τα εναπομείναντα να απολέσουν τη δυνατότητα να αναπτύσσονται. Η αφαίρεση κυττάρων από το μορίδιο γίνεται ήδη σε μερικές κλινικές που εξετάζουν τα έμβρυα που έχουν παραχθεί με in vitro γονιμοποίηση, για την ανίχνευση πιθανών γενετικών νοσημάτων. Ερευνητές προσφάτως έδειξαν ότι τα κύτταρα που απομονώθηκαν από μορίδια ποντικού, μπορούν να παραγάγουν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, ενώ τα εναπομείναντα κύτταρα του μοριδίου αναπτύσσονται σε έναν υγιή ποντικό. Ωστόσο, η διαδικασία αυτή μπορεί να είναι ηθικά μη αποδεκτή από μερικούς, εξαιτίας της πιθανότητας να βλαφτεί το μορίδιο και εξαιτίας του ότι δεν είναι γνωστές οι μακροπρόθεσμες επιδράσεις της αφαίρεσης κυττάρων από το μορίδιο. > Η δημιουργία εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται τροποποιημένη πυρηνική μεταφορά (altered nuclear transfer, ANT). Σε αυτή την εναλλακτική δυνατότητα της τεχνικής της πυρηνικής μεταφοράς, οι επιστήμονες δημιουργούν μια βλαστοκύστη της οποίας το γενετικό υλικό έχει τροποποιηθεί έτσι ώστε να μην είναι δυνατή η παραπέρα ανάπτυξη και εμφύτευση στη μήτρα. Η τεχνική αυτή στοχεύει στη δημιουργία οντοτήτων που στην πραγματικότητα δεν αποτελούν κανονικά έμβρυα, αλλά πηγές πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων. Η τεχνική ΑΝΤ, που προς το παρόν έχει δοκιμαστεί μόνο σε βλαστοκύστεις ποντικών, επέτρεψε την παραγωγή βλαστικών κυττάρων χωρίς την καταστροφή βιώσιμων ανθρώπινων βλαστοκύστεων. Μερικοί απ όσους αντιτίθενται στην έρευνα για τα βλαστοκύτταρα εγκρίνουν την τεχνική ΑΝΤ, καθώς η προκύπτουσα βλαστοκύστη ποτέ δεν αναπτύσσεται σε ένα πλήρες ανθρώπινο ον και συνεπώς δεν έχει την ηθική υπόσταση ενός ανθρώπινου εμβρύου. Εντούτοις, αυτή η διαδικασία απορρίπτεται από άλλους, διότι περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας ατελούς βλαστοκύστης που είναι σχεδιασμένη ώστε να καταστρέφεται. > Η καθοδήγηση ενός ώριμου κυττάρου ώστε να δρα σαν εμβρυϊκό βλαστοκύτταρο. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, όπου τα κύτταρα διαφοροποιούνται ολοένα και περισσότερο, χάνεται η δυνατότητά τους να δραστηριοποιούν τα γονίδια που επιτρέπουν στα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα να είναι τόσο ευέλικτα. Η σίγαση αυτών των γονιδίων φαίνεται ότι είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση των εξειδικευμένων κυττάρων ως τέτοιων και για τον περιορισμό των δυνατοτήτων διαφοροποίησης των ώριμων βλαστοκυττάρων. «Αναπρογραμματίζοντας» ένα ώριμο βλαστοκύτταρο ώστε να μπορεί να δραστηριοποιήσει τα γονίδια που επιτρέπουν την ευελιξία, οι επιστήμονες ελπίζουν ότι θα τα κατευθύνουν ώστε να επιστρέψουν σε μια κατάσταση μεγαλύτερης ευελιξίας. Είναι επίσης πιθανό, κάποια ημέρα, να κατορθώσουν να επαναπρογραμματίζουν κάθε κύτταρο και όχι μόνο τα βλαστικά. Ωστόσο, η έρευνα στο πεδίο αυτό βρίσκεται στα αρχικά στάδια και ίσως οι επιστήμονες απέχουν πολλά χρόνια από το να μπορούν να καταστήσουν ένα ώριμο κύτταρο τόσο ευέλικτο όσο ένα εμβρυϊκό βλαστοκύτταρο. 28 Γιατί η έρευνα για τα βλαστοκύτταρα συνεχίζεται; Αυτή τη στιγμή λίγες μόνο ασθένειες θεραπεύονται με τη χρήση βλαστοκυττάρων, διότι οι επιστήμονες μπορούν να αναγεννήσουν μερικούς μόνο τύπους ιστών. Ωστόσο, η επιτυχία των περισσότερο καθιερωμένων θεραπειών που βασίζονται στα βλαστοκύτταρα μεταμοσχεύσεις δέρματος και αίματος γεννούν την ελπίδα ότι κάποια ημέρα τα βλαστοκύτταρα θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να αναπτύξουν θεραπείες για μια ποικιλία ασθενειών που θεωρούνταν ανίατες. Πολλές σοβαρές ασθένειες προκαλούνται από την απώλεια ενός τύπου κυττάρων ή ιστών. Για παράδειγμα, ο διαβήτης τύπου Ι (νεανικός) οφείλεται στην απώλεια των κυττάρων του παγκρέατος που παράγουν ινσουλίνη και η θεραπεία περιορίζεται μόνο στην ανακούφιση των συμπτωμάτων του. Η εύρεση μιας θεραπείας για τέτοια νοσήματα θα γινόταν ευκολότερη για τους επιστήμονες αν είχαν τη δυνατότητα απλώς να αναπτύσσουν εκ νέου τα απωλεσθέντα ή κατεστραμμένα κύτταρα και να τα μεταμοσχεύουν στους ασθενείς. Βλαστικά κύτταρα του αίματος Μετά από ένα γδάρσιμο στο γόνατο ή μια αιμοδοσία, το σώμα αναπληρώνει τα κύτταρα αίματος που χάθηκαν από ένα μικρό αριθμό ημι-εξειδικευμένων αιματοποιητικών βλαστοκυττάρων που περιέχονται στο αίμα και στον μυελό των οστών. Για δεκαετίες οι επιστήμονες χρησιμοποιούσαν αυτούς τους τύπους ώριμων βλαστοκυττάρων για να θεραπεύσουν ασθενείς που έπασχαν από λευχαιμία, δρεπανοκυτταρική αναιμία, βλάβες του μυελού των οστών, μερικές μεταβολικές ασθένειες και ανοσοανεπάρκειες, στις οποίες ο οργανισμός έχει χάσει τη δυνατότητα να αναπληρώνει τα δικά του υγιή κύτταρα του αίματος. Τα αιματοποιητικά βλαστοκύτταρα γεννούν όλα τα είδη των κυττάρων του αίματος, από τα λευκά αιμοσφαίρια που προστατεύουν τον οργανισμό μας έναντι των μολύνσεων έως τα αιμοπετάλια που χρησιμεύουν στην πήξη του αίματος. Προκαταρκτικά αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι ίσως είναι ικανά να παράγουν και άλλους τύπους κυττάρων, αλλά αυτό δεν έχει ακόμη αποδειχτεί. Κατά το παρελθόν, ο μοναδικός τρόπος χρήσης των αιματοποιητικών βλαστοκυττάρων σε θεραπείες ήταν οι μεταμοσχεύσεις μυελού. Η εξαγωγή, όμως, μυελού των οστών είναι μια δυσχερής και επεμβατική για τον ασθενή διαδικασία και για να είναι επιτυχής πρέπει ο δότης και ο δέκτης να είναι γενετικώς παρόμοιοι. Αν είναι τελείως διαφορετικοί από γενετική άποψη, τα κύτταρα του αίματος που παράγονται από τον μεταμοσχευμένο μυελό είναι πιθανό να αναγνωρίζουν το σώμα του δέκτη ως ξένο και να επιτίθενται στα κύτταρα και τα όργανά του. Επίσης, το ανοσοβιολογικό σύστημα του ασθενούς είναι πιθανό να απορρίψει το μόσχευμα, προκαλώντας έναν επικίνδυνο «πόλεμο» μέσα στο σώμα του ασθενούς. Προσφάτως οι επιστήμονες ανέπτυξαν τρόπους να παραγάγουν αιματοποιητικά βλαστικά κύτταρα από το αίμα που περιέχεται στον ομφάλιο λώρο και τον πλακούντα κατά τον τοκετό. Τα βλαστικά κύτταρα που έχουν απομονωθεί από τον ομφάλιο λώρο, αν χρησιμοποιηθούν για θεραπείες σε κάποιο από τα επόμενα στάδια της ζωής ενός

8 re-code #1 01/2008 Οι ελπίδες που γεννά η έρευνα με βλαστοκύτταρα Εντοπισμός φαρμακευτικών στόχων και έλεγχος πιθανών θεραπευτικών μέσων Κατανόηση της πρόληψης και της θεραπείας των συγγενών ανωμαλιών Μελέτη κυτταρικής διαφοροποίησης Έλεγχος τοξικότητας εξώδερμα μεσόδερμα ενδόδερμα κύτταρα αίματος νευρώνας ηπατικό κύτταρο Ιστοί/κύτταρα που προορίζονται για μεταμόσχευση ασθενούς, έχουν πολύ μικρότερες πιθανότητες να προκαλέσουν μέσα στο σώμα του δέκτη τον «εσωτερικό πόλεμο» που αναφέρθηκε προηγουμένως. Είναι επίσης περισσότερο αποδεκτά απ ό,τι τα βλαστικά κύτταρα του μυελού των οστών, καθώς η εξαγωγή αυτού του αίματος δεν θέτει σε κίνδυνο τη μητέρα ή το παιδί. Το μεταβαλλόμενο πρόσωπο των μοσχευμάτων του δέρματος Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες εκμεταλλεύονται τις αναγεννητικές δυνατότητες του ανθρώπινου δέρματος στη θεραπεία εγκαυμάτων, με τη χρησιμοποίηση μοσχευμάτων δέρματος. Τα μοσχεύματα αυτά είναι δυνατά εξαιτίας της ύπαρξης βλαστοκυττάρων κάτω ακριβώς από την ανώτερη στιβάδα του δέρματος. Κάθε μέρα, χιλιάδες νέων κυττάρων παράγονται και παίρνουν τη θέση αυτών που απορρίπτονται. Αν σε κάποιον άνθρωπο, λόγω εγκαυμάτων, έχει καταστραφεί η πηγή αυτών των βλαστοκυττάρων, το δέρμα του δεν είναι ικανό να αναγεννηθεί από μόνο του. Παραδοσιακά, οι ιατροί αντιμετωπίζουν τα σοβαρά εγκαύματα με μεταμόσχευση τμημάτων από μη κατεστραμμένες περιοχές του σώματος. Αν όμως οι ιατροί δεν βρίσκουν αρκετό υγιές δέρμα για να καλύψουν τις περιοχές που έχουν υποστεί έγκαυμα, ο ασθενής μπορεί να πεθάνει. Τώρα, οι επιστήμονες είναι σε θέση να αναπτύσσουν μεγάλες επιφάνειες νέου δέρματος, καλλιεργώντας βλαστικά κύτταρα που προέρχονται από υγιείς περιοχές του δέρματος. Αυτή η πρακτική, που αντιπροσωπεύει ένα είδος μηχανικού χειρισμού ιστών, τα τελευταία 20 χρόνια έχει καταστεί ρουτίνα για την αντιμετώπιση ανθρώπων που έχουν υποστεί εγκαύματα. Προσφάτως, οι επιστήμονες ταυτοποίησαν άλλους τύπους βλαστικών κυττάρων στους θύλακες των τριχών και σε βαθύτερα τμήματα του δέρματος. Η ενσωμάτωση αυτών των νέων κυττάρων στους ιστούς, που έχουν συντεθεί με μηχανικό χειρισμό, θα βοηθήσει να παραχθούν στο μέλλον περισσότερο φυσικά στην εμφάνιση μοσχεύματα δέρματος. Τα βλαστοκύτταρα του ομφάλιου λώρου Tο 2005, οι Eθνικές Aκαδημίες παρουσίασαν μια έκθεση, με τον τίτλο: «Αίμα ομφάλιου λώρου: Καθιερώνοντας ένα εθνικό αιματοποιητικό πρόγραμμα τράπεζας βλαστοκυττάρων», η οποία συνιστούσε τη δημιουργία μιας «τράπεζας» αίματος ομφάλιου λώρου, προκειμένου να επιτευχθεί η εκμετάλλευση των ιατρικών δυνατοτήτων αυτής της πηγής βλαστοκυττάρων. Μια τέτοια τράπεζα, όχι 29

9 θέμα Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα μόνο θα ωφελούσε τους ανθρώπους από τους οποίους συλλέχθηκε το αίμα, αλλά καθέναν που έχει ανάγκη από μεταμόσχευση αίματος. Όπως με τις τράπεζες αίματος για τις μεταγγίσεις αίματος, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να ερευνήσουν την τράπεζα αυτή για να βρουν τον καταλληλότερο δότη για κάθε ασθενή, παρέχοντας έτσι τη δυνατότητα για ασφαλέστερες και προσωποποιημένες, κυτταρικές θεραπείες. Πιθανή μελλοντική θεραπεία για την νόσο του Πάρκινσον; Όταν οι περισσότεροι άνθρωποι τεντώνουν το χέρι τους για να πιάσουν μια πένα, το σώμα τους δρα εκτελώντας μια ομαλή και ελεγχόμενη κίνηση. Αυτό συμβαίνει γιατί τη στιγμή που ένα άτομο σκέφτεται να πιάσει μια πένα, μια σειρά νευρικών κυττάρων πυροδοτεί μια ενορχηστρωμένη συμφωνία από τον εγκέφαλο ως τους μυς που είναι υπεύθυνοι για την εκτέλεση της κίνησης. Για να είναι η κίνηση ακριβής και ομαλή, όλα τα νευρικά κύτταρα του δικτύου «πιάνω μια πένα» πρέπει να λειτουργήσουν κατάλληλα, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων που διατάζουν τους μυς που δεν εμπλέκονται στην κίνηση να παραμείνουν αδρανείς. Στη νόσο του Πάρκινσον, τα κύτταρα του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνα για να διατηρηθούν σε κατάσταση αδράνειας οι μυς που δεν εμπλέκονται στην κίνηση, εκφυλίζονται και πεθαίνουν. Αυτό οδηγεί προοδευτικά σε περισσότερο δραματικές και ανεξέλεγκτες κινήσεις, τρέμουλο και σπασμούς. Σήμερα δεν υπάρχει θεραπεία για τη νόσο του Πάρκινσον, καθώς κανείς δεν έχει βρει τον τρόπο να επαναφέρει τα εξειδικευμένα νευρικά κύτταρα που έχουν πεθάνει. Είναι ρεαλιστική η υπόσχεση για θεραπείες με τη χρήση βλαστοκυττάρων; Ο κατάλογος των ιατρικών επιτευγμάτων με τα βλαστικά κύτταρα αυξάνεται με εκπληκτικό ρυθμό. Ο ρόλος των βλαστοκυττάρων στην ιατρική είναι ήδη μια πραγματικότητα, υπάρχει όμως ο κίνδυνος να υπερεκτιμηθούν οι υποσχέσεις για την ανάπτυξη νέων ιατρικών εφαρμογών. Αυτό που θα μπορούσε να θεωρηθεί υπερεκτίμηση δεν είναι μόνο τα οριακά οφέλη από την έρευνα για τα εμβρυϊκά και ώριμα βλαστοκύτταρα, αλλά επίσης η χρονική κλίμακα που παρεμβάλλεται. Η βασική έρευνα που απαιτείται προκειμένου να αναπτυχθούν βιώσιμες θεραπευτικές προοπτικές σε βάθος χρόνου είναι μια μακρά διαδικασία που ίσως εκταθεί για πολλά χρόνια ή δεκαετίες. Ακόμη και αν η επιστήμη μετατοπιστεί από τη βασική έρευνα στην ανάπτυξη ιατρικών εφαρμογών, χρειάζεται να περάσουν αρκετά χρόνια μέχρι να δοκιμαστούν και να αποδειχτούν οι εφαρμογές αυτές ασφαλείς για τους ασθενείς. Αυτό ισχύει για όλες τις ιατρικές θεραπείες, συμπεριλαμβανομένων των νέων φαρμάκων, των διαδικασιών και του ιατρικού εξοπλισμού και δεν αφορά μόνο τις κυτταρικές θεραπείες που μπορούν να υπάρξουν χάρη στην έρευνα των βλαστικών κυττάρων. 30 Υπάρχουν επίσης πολλές νομικές και ηθικές επιφυλάξεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν οι θεραπείες που στηρίζονται στα βλαστοκύτταρα καταστούν κλινικά διαθέσιμες. Τα νομικά ζητήματα που σχετίζονται με τις εφαρμογές των βλαστοκυττάρων αφορούν θέματα πνευματικής ιδιοκτησίας και θέματα σχετικά με το πώς θα εφαρμοστούν και θα επιβληθούν νομοθεσίες που μερικές φορές συγκρούονται στο πολιτειακό και ομοσπονδιακό επίπεδο. Τα κοινωνικά ζητήματα περιλαμβάνουν τις επιφυλάξεις για την καταστροφή των εμβρύων, την κατανομή των οφελών της έρευνας και την προστασία του απορρήτου τόσο για τους δότες ωαρίων και σπέρματος όσο και για όσους υποβάλλονται στην κλινική έρευνα. Επειδή η νόσος του Πάρκινσον προκαλείται από την απώλεια ενός συγκεκριμένου τύπου νευρικών κυττάρων, τα βλαστοκύτταρα προσφέρουν μια πολύ απτή δυνατότητα θεραπείας. Οι ερευνητές έχουν μάθει προσφάτως πώς να διαφοροποιούν εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα στους ειδικούς τύπους εγκεφαλικών κυττάρων που καταστρέφονται κατά τη νόσο του Πάρκινσον. Επίσης, έχουν μεταμοσχεύσει επιτυχώς ώριμα νευρικά βλαστοκύτταρα σε εγκεφάλους ποντικών. Όταν η τεχνική αυτή αποδειχτεί αποτελεσματική και ασφαλής, η μεταμόσχευση βλαστοκυττάρων στον εγκέφαλο των ασθενών ίσως κάποια ημέρα να επιτρέψει στους ιατρούς να αναστρέψουν την επιβάρυνση που προκαλεί η νόσος του Πάρκινσον και να επιτύχουν ανάκτηση του ελέγχου των κινήσεων. Μια άλλη στρατηγική που μελετάται είναι η προσθήκη χημικών ή αυξητικών παραγόντων που στοχεύουν στην ενεργοποίηση των βλαστοκυττάρων του ασθενούς, ώστε να επιδιορθώσουν τα κατεστραμμένα νευρικά κύτταρα, χωρίς την ανάγκη ανάπτυξης και μεταμόσχευσης βλαστικών κυττάρων. Πιθανή θεραπεία του διαβήτη; Στους ανθρώπους που πάσχουν από διαβήτη τύπου Ι, τα β κύτταρα του παγκρέατος που φυσιολογικά παράγουν ινσουλίνη καταστρέφονται εξαιτίας της υπερδραστηριότητας του ανοσοποιητικού συστήματος. Χωρίς την ινσουλίνη, τα κύτταρα του οργανισμού δεν μπορούν να προσλάβουν τη γλυκόζη και έτσι λιμοκτονούν. Οι ασθενείς με διαβήτη τύπου Ι πρέπει να λαμβάνουν με ένεση ινσουλίνη αρκετές φορές την ημέρα, σε όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Η μόνη τρέχουσα θεραπεία είναι η μεταμόσχευση παγκρεατικού μοσχεύματος από έναν προσφάτως θανόντα δότη, αλλά η ζήτηση για μοσχεύματα είναι πολύ μεγαλύτερη από την προσφορά. Αν και δεν έχουν ακόμη βρεθεί ώριμα βλαστοκύτταρα στο πάγκρεας, οι επιστήμονες έχουν κάνει προόδους στη μεταμόρφωση εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων σε ινσουλινοπαραγωγά κύτταρα. Ο συνδυασμός μοσχευμάτων β κυττάρων με μεθόδους «επιδιόρθωσης» του ανοσοποιητικού συστήματος του ασθενούς -συμπεριλαμβανομένης της χημειοθεραπείας για την καταστροφή των κυττάρων του ανοσοποιητικού που λειτουργούν λανθασμένα, μαζί με μεταγγίσεις αίματος, ώστε να αναπληρωθούν τα υγιή λευκά αιμοσφαίρια- μπορεί να προσφέρει μεγάλες ελπίδες στο μεγάλο αριθμό ασθενών που πάσχουν από διαβήτη τύπου Ι. Καρκίνος: Πηγαίνοντας στη ρίζα του προβλήματος Γιατί μερικοί καρκίνοι καταπολεμούνται δύσκολα, ακόμη και μετά από πολλούς κύκλους χημειοθεραπείας; Η απάντηση ίσως να βρίσκεται σε μερικά ανώμαλα βλαστικά κύτταρα. Τα καρκινικά βλαστοκύτταρα ταυτοποιήθηκαν για πρώτη φορά το 1997, όταν μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του

10 re-code #1 01/2008 Χρονολογικός πίνακας στην έρευνα Πρώτη επιτυχής Απομόνωση Αιμοποιητικά Ταυτοποίηση Επίτευξη μεταμόσχευση βλαστοκυττάρων βλαστοκύτταρα βλαστοκυττάρων της απομόνωσης μυελού των οστών από βλαστοκύστη ώριμου ποντικού σε ανθρώπινο ανθρώπινων ποντικού απομονώθηκαν εγκέφαλο εμβρυϊκών κυττάρων και χαρακτηρίστηκαν Δημιουργία Θεραπεία διαβήτη Παραγωγή νευρικών εμβρυϊκών σε ποντικό κυττάρων που πλήττονται βλαστοκυττάρων με παγκρεατικά στη νόσο του Πάρκινσον με πυρηνική μεταφορά κύτταρα που ελήφθησαν από εμβρυϊκά από εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα βλαστικά κύτταρα Τα πρώτα αποτελέσματα των ερευνών ενισχύουν τις ελπίδες ότι η βασική έρευνα για τα βλαστοκύτταρα μπορεί να οδηγήσει σε βιώσιμες ιατρικές εφαρμογές. Π.χ. το 2005, ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα διαφοροποιήθηκαν σε νευρικά κύτταρα, όταν τοποθετήθηκαν σε εγκέφαλο ποντικού. Οι επιστήμονες έχουν κάνει επίσης μεγάλες προόδους στη λήψη παγκρεατικών κυττάρων από ώριμα βλαστοκύτταρα. Το 2006 έγινε δυνατή η λήψη βλαστοκυττάρων από μορίδιο ποντικού και η καλλιέργειά τους. Τα αποτελέσματα των παραπάνω αλλά και άλλων πρόσφατων πειραμάτων θα πρέπει να αναπαραχθούν σταθερά και από άλλους ερευνητές προκειμένου να γίνουν αποδεκτά από την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα. Τορόντο, μετά τη μεταμόσχευση λίγων βλαστικών κυττάρων ασθενών που έπασχαν από λευχαιμία σε ποντικούς, διαπίστωσε ότι εμφανίστηκε λευχαιμία στο πειραματόζωο. Κύτταρα που μοιάζουν με τα βλαστοκύτταρα έχουν επίσης βρεθεί προσφάτως σε όγκους του στήθους και του εγκεφάλου. Όπως και τα φυσιολογικά βλαστοκύτταρα, τα καρκινικά βλαστοκύτταρα βρίσκονται σε πολύ μικρό αριθμό, αλλά μπορούν να πολλαπλασιάζονται και να γεννούν μεγάλο αριθμό απογόνων. Αντιθέτως, όμως, από τα φυσιολογικά βλαστοκύτταρα, τα καρκινικά βλαστοκύτταρα στερούνται των ελέγχων που τους λένε πότε να σταματήσουν να διαιρούνται. Η παραδοσιακή χημειοθεραπεία σκοτώνει την πλειονότητα των καρκινικών κυττάρων, αν όμως κάποιο καρκινικό βλαστοκύτταρο επιβιώσει μετά τη θεραπεία, ο καρκίνος μπορεί να επανεμφανιστεί. Η έρευνα των διαφορών της γονιδιακής έκφρασης μεταξύ των φυσιολογικών και των καρκινικών βλαστοκυττάρων μπορεί να οδηγήσει σε θεραπείες που στοχεύουν στη ρίζα του προβλήματος, την αντιμετώπιση δηλαδή των καρκινικών βλαστοκυττάρων. Ο ρόλος των βλαστοκυττάρων στη βασική έρευνα Τα βλαστοκύτταρα προσφέρουν τη δυνατότητα για επιστημονικές προόδους που εκτείνονται πέραν της αναγεννητικής ιατρικής. Προσφέρουν ένα παράθυρο μέσα από το οποίο θα θεωρηθούν πολλά από τα περισσότερο θεμελιώδη βιολογικά ερωτήματα. Παρατηρώντας πώς τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα παράγουν εξειδικευμένα κύτταρα, είναι σαν να ρίχνουμε μια κλεφτή ματιά στο πώς γίνεται η πρώιμη ανάπτυξη των ιστών και των οργάνων στο ανθρώπινο σώμα. Η έρευνα για τα βλαστοκύτταρα μπορεί να βοηθήσει να ξεκαθαριστεί ο ρόλος που παίζουν τα γονίδια στην ανάπτυξη του ανθρώπου και στο πώς οι μεταλλάξεις επηρεάζουν τις φυσιολογικές διαδικασίες. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μελετηθεί ο τρόπος με τον οποίο οι μολυσματικοί παράγοντες εισβάλλουν και καταστρέφουν τα ανθρώπινα κύτταρα, να μελετηθούν οι γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες που συμμετέχουν στην πρόκληση του καρκίνου και άλλων νοσημάτων και επίσης για να ξεκαθαρίσουμε τι συμβαίνει κατά τη γήρανση. Τα βλαστοκύτταρα μπορούν επίσης να φέρουν επανάσταση στην παραδοσιακή χημική ιατρική. Εξαιτίας της ικανότητας των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων να συνεχίζουν να διαιρούνται για μεγάλες χρονικές περιόδους και να παράγουν μια μεγάλη ποικιλία κυτταρικών τύπων, μπορούν να παράσχουν μια αξιόπιστη πηγή ανθρώπινων κυττάρων για τον έλεγχο των φαρμάκων και την αξιολόγηση των επιδράσεων που έχουν οι τοξίνες, χωρίς κίνδυνο για την υγεία των προσφερόμενων εθελοντών. Στο μέλλον, χιλιάδες ουσιών θα μπορούν να ελέγχονται ταχέως σε μια μεγάλη ποικιλία κυττάρων που έχουν παραχθεί από βλαστοκύτταρα, κάνοντας έτσι την ανακάλυψη νέων φαρμάκων περισσότερο αποτελεσματική και φθηνή. Η χρησιμοποίηση της πυρηνικής μεταφοράς για την παραγωγή βλαστοκυττάρων μπορεί να είναι ιδιαιτέρως χρήσιμη για το έλεγχο φαρμάκων που στοχεύουν σε ασθένειες γενετικής προέλευσης. Για παράδειγμα, είναι δύσκολο να μελετηθεί η εξέλιξη της ασθένειας του Alzheimer ή του Πάρκινσον στους εγκεφάλους ζώντων ασθενών. Χρησιμοποιώντας όμως κύτταρα από ένα ασθενή που πάσχει από τη νόσο του Alzheimer με σκοπό την παραγωγή σειρών βλαστοκυττάρων με τη μέθοδο της πυρηνικής μεταφοράς, οι επιστήμονες μπορούν να ανιχνεύσουν την πορεία της ασθένειας σε ένα τρυβλίο και να δοκιμάσουν φάρμακα για την αναγέννηση των κυττάρων που έχουν καταστραφεί, χωρίς να εκθέσουν σε κίνδυνο την υγεία του ασθενούς. Τα βλαστικά κύτταρα μπορούν επίσης να βοηθήσουν τους επιστήμονες να εκτιμήσουν την επίδραση τοξικών παραγόντων στα φάρμακα, στην τροφή και στο περιβάλλον. 31