ιχνηλατώντας τη γονιδιωματική, αναγεννητική και εξατομικευμένη ιατρική

Transcript

1 #1 01 / 2008 ιχνηλατώντας τη γονιδιωματική, αναγεννητική και εξατομικευμένη ιατρική ναι ή όχι στη συλλογή oμφαλοπλακουντιακού αίματος αφιέρωμα: βλαστοκύτταρα 6 Οι βιολόγοι παίρνουν το βραβείο Νόμπελ με «knock-out» 10 Επαναπρογραμματισμός: νέο τοπίο στην υπόσχεση της αναγεννητικής ιατρικής 14 Βλαστοκύτταρα: Τα πρωτεύοντα θηλαστικά παίρνουν σειρά 46 Η Virgin επενδύει στα βλαστοκύτταρα

2

3 #1 01/ νέα Οι βιολόγοι παίρνουν το βραβείο Νόμπελ με «knock-out» Εκδότης Κυριάκος Ν. Γριβέας Γενική Διεύθυνση Λίνα Νικολοπούλου Διευθυντής Έκδοσης Μάνος Πιτσιδιανάκης Σύμβουλος Έκδοσης Γιώργος Παπανικολάου, Δρ. Παθολόγος Art Director Άγγελος Kωνσταντίνου Yπεύθυνη Σύνταξης Φένια Γρηγοράκη Σύνταξη Kατερίνα Παπαχρήστου Μάρθα Νατσουλίδου Γιώργος Πετρόπουλος Οικονομικό Τμήμα Γιώργος Κατακουζηνός Εκτύπωση Eκδοτικός Οργανισμός Λιβάνη ΑΒΕ νέα Επαναπρογραμματισμός: νέο τοπίο στην υπόσχεση της αναγεννητικής ιατρικής νέα Βλαστοκύτταρα: Τα πρωτεύοντα θηλαστικά παίρνουν σειρά βιοεπιχειρείν Η Virgin επενδύει στα βλαστοκύτταρα 49 Διακεκριμένοι επιστήμονες Scientific Publications Ltd Πιερίας 1Α Μεταμόρφωση τηλ.: fax: Διανέμεται δωρεάν. Απαγορεύεται η μερική ή ολική αναδημοσίευση χωρίς τη γραπτή άδεια του εκδότη αφιέρωμα Βλαστοκύτταρα

4 εν αρχή... RE-CODE

5 ο ραντεβού σας με το περιοδικό RE-CODE θα είναι κάθε δύο μήνες. Η θεματολογία του περιλαμβάνει την αναγεννητική ιατρική και τα αρχέγονα κύτταρα, τη γενετική μηχανική, τη γενετική και γονιδιωματική, την εξατομικευμένη ιατρική και τις στοχευμένες θεραπείες, αλλά και κοινωνικά, οικονομικά και ηθικά ζητήματα που συνοδεύουν τις ταχείες μεταβολές στο χώρο της βιοτεχνολογίας με εφαρμογές στον άνθρωπο. Απευθύνεται σε ιατρούς και σε επιστήμονες των βιολογικών επιστημών, με στόχο να τους ενημερώσει για τις εξελίξεις στην αναγεννητική ιατρική, τη γενετική και τη γονιδιωματική και τις εφαρμογές τους στην ιατρική, με εστίαση στην αναδυόμενη εξατομικευμένη ιατρική. Συνδυάζει την ενημέρωση βάσει της επιστημονικής επικαιρότητας με την ανάπτυξη εκπαιδευτικών ενοτήτων. Στόχος του περιοδικού είναι να μετουσιώσει τη τεχνική πληροφορία σε χρήσιμη εποπτική γνώση και να την μεταβιβάσει σε ιατρούς και επιστήμονες των βιολογικών επιστημών, οι οποίοι, λόγω της μεγάλης εξειδίκευσης της ιατρικής και της βιολογίας σήμερα, δεν είναι σε θέση να παρακολουθήσουν όλες τις εξελίξεις. Η γενετική έχει προχωρήσει πολύ και είναι αρκετά δύσκολο, ακόμη και για ιατρούς που έχουν τελειώσει τις σπουδές τους πριν από λίγα χρόνια, να παρακολουθήσουν την εξέλιξή της. Η τεχνική γλώσσα είναι συνήθως δυσνόητη και τις περισσότερες φορές «χάνεσαι» μέσα στο πλήθος των πληροφοριών, χωρίς να αποκομίσεις την ουσία και τα σημαντικά σημεία τους. Ακόμη και οι ανακοινώσεις στα συνέδρια, λόγω της τεχνικής γλώσσας που χρησιμοποιείται, είναι δυσνόητες και ως εκ τούτου βαρετές. Τέλος, ταυτόχρονα με τη γνώση που θα παρέχει το RE-CODE, θα προσπαθήσει να οριοθετήσει το πλαίσιο του δημόσιου διαλόγου και να παροτρύνει τη συμμετοχή στη συζήτηση σχετικά με φιλοσοφικά ζητήματα ή και ζητήματα ηθικής που προκύπτουν από την εξέλιξη της γενετικής και της βιοτεχνολογίας. Η τοποθέτηση των ζητημάτων σε ενημερωμένη βάση και η έγκυρη επιστημονική πληροφόρηση σχετικά με τα πραγματικά τεκταινόμενα στο χώρο της βιοτεχνολογίας μπορούν να βοηθήσουν να «διαλυθούν» κακώς κείμενα που της προσάπτονται και φήμες που αιωρούνται αρκετά συχνά ανυπόστατα. Οι αναγνώστες του περιοδικού έχουν να ωφεληθούν από τη γνώση αυτή για ζητήματα σχεδόν της καθημερινότητάς τους: π.χ. η γνώση για τη χρησιμότητα των αρχέγονων κυττάρων σήμερα και οι τάσεις της έρευνας στον τομέα αυτό ή για νοσήματα με γενετική προδιάθεση κ.λπ., για το πώς αλληλεπιδρούν οι γονιδιακοί παράγοντες με το περιβάλλον, για στοχευμένες θεραπείες κ.λπ. Ή ακόμα για το πώς θα διαχειρισθούν οι κοινωνίες τις επερχόμενες αλλαγές της προσωπικής γονιδιωματικής και της έρευνας στα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα. Θα παρέχει πληροφόρηση που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενημέρωση των ασθενών, σε απλή γλώσσα και με απλά σχήματα, και θα δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας μιας μικρής βιβλιοθήκης αναφοράς τόσο για το γιατρό όσο και για τους ασθενείς του. Το RE-CODE απευθύνεται σε όλες τις ιατρικές ειδικότητες, καθώς και σε βιολόγους και ερευνητές εργαστηρίων γενικά. Για ορισμένες ιατρικές ειδικότητες είναι μεγαλύτερο το ενδιαφέρον, καθώς υπάρχουν ζητήματα της ειδικότητάς τους που σχετίζονται με την αναγεννητική ιατρική και τη γενετική, χωρίς να αποτελούν αυστηρά αντικείμενο του τομέα τους: για παράδειγμα, οι γυναικολόγοι και οι παιδίατροι καλούνται αφενός να συμβουλεύσουν τους υποψήφιους γονείς για την αξία των αρχέγονων κυττάρων και τη φύλαξή τους για ενδεχόμενη μελλοντική χρήση, αφετέρου (οι γυναικολόγοι) να προβούν σε ιατρική πράξη για τη συλλογή τους. Μάνος Πιτσιδιανάκης, Διευθυντής Έκδοσης 5

6 νέα Alison Abbott Πρωτότυπο άρθρο: Biologists claim Nobel prize with a knock-out. Nature, Oct 2007; 449:642 Οι βιολόγοι παίρνουν το βραβείο Νόμπελ με «knockout» Οι προσπάθειες των δημιουργών μίας τεχνικής που επέτρεψε στους βιολόγους να προσδιορίσουν με ευκολία τη λειτουργία των γονιδίων επιβραβεύθηκαν με το φετινό βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας-Ιατρικής 6

7 re-code #1 01/2008 Ηεν λόγω τεχνική επιτρέπει στους ερευνητές να δημιουργούν τα λεγόμενα knock-out ποντίκια - μεταλλαγμένα ποντίκια, στα οποία έχουν απαλειφθεί συγκεκριμένα γονίδια. Με τον τρόπο αυτό, είναι δυνατό να μελετηθεί η λειτουργική τους σημασία και να διαπιστωθεί ο ρόλος που διαδραματίζουν στην υγεία, την ανάπτυξη και την εμφάνιση νόσων. Η τεχνική αυτή επιτρέπει επίσης να δημιουργηθούν ζώα που αποτελούν μοντέλα ανθρώπινων παθήσεων. «Ουσιαστικά, κανένας τομέας της βιοϊατρικής δεν έχει παραμείνει σε σημαντικό βαθμό ανεπηρέαστος με τον ένα ή τον άλλο τρόπο από κάποιο knock-out ποντίκι», δηλώνει ο Jeremy Berg, διευθυντής του National Institute of General Medicine Sciences στην πόλη Bethesda του Maryland στις ΗΠΑ. Ο Mario Capecchi του Πανεπιστημίου της Utah στην πόλη Salt Lake City των ΗΠΑ, ο Martin Evans του Πανεπιστημίου του Cardiff στην Ουαλία και ο Oliver Smithies του Πανεπιστημίου της Βόρειας Καρολίνας στην πόλη Chapel Hill των ΗΠΑ θα μοιραστούν μεταξύ τους το χρηματικό βραβείο που ανέρχεται σε ύψος 1,1 εκατομμυρίου ευρώ (1,5 εκατομμυρίου δολ. ΗΠΑ). Όπως συμβαίνει πλέον συχνά με το συγκεκριμένο βραβείο Νόμπελ, το έργο της τριάδας είχε ήδη τιμηθεί το 2001 με το βραβείο Lasker. Χιλιάδες knock-out ποντίκια έχουν δημιουργηθεί από την πρώτη αναφορά χρήσης της εν λόγω τεχνικής το Περισσότερα από 500 εξ αυτών αποτελούν μοντέλα ανθρώπινων ασθενειών, όπως είναι οι καρδιαγγειακές και οι νευροεκφυλιστικές νόσοι και ο καρκίνος. Η συγκεκριμένη τεχνολογία βασίζεται σε ένα φυσικό φαινόμενο που ονομάζεται ομόλογος ανασυνδυασμός και παρατηρείται κατά την πρώτη μειωτική διαίρεση. Τα χρωμοσώματα, τα οποία περιέχουν το DNA, υπάρχουν σε ζεύγη - ένα προερχόμενο από κάθε γονέα και κατά τη μείωση συνάπτονται, παραθέτοντας με μεγάλη ακρίβεια τις ομόλογες αλληλουχίες του DNA και επιτρέποντας την ανταλλαγή τμημάτων, οδηγώντας στη δημιουργία νέων ανασυνδυασμένων χρωμοσωμάτων. Οι Capecchi και Smithies βρήκαν ότι τεχνητά συντεθειμένα τμήματα DNA με γνωστές αλληλουχίες μπορεί να χρησιμοποιηθούν για ομόλογο ανασυνδυασμό με DNA ποντικιού και εκμεταλλεύτηκαν αυτή τη διαπίστωση για να επικεντρώσουν την εργασία τους στη μελέτη συγ- 7

8 Οι βιολόγοι παίρνουν το βραβείο Νόμπελ με «knock-out» νέα 8 κεκριμένων γονιδίων ποντικιών. Ο Evans προσέθεσε το στοιχείο-κλειδί της κληρονομικότητας, το οποίο οδήγησε εν τέλει στη δημιουργία knockout ποντικιών δηλ. ποντικιών, στα οποία ένα γονίδιο παραμένει απενεργοποιημένο και στις μελλοντικές γενιές. Είχε την ιδέα να χρησιμοποιήσει εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα ποντικιών προκειμένου να εισαγάγει γενετικό υλικό σε έμβρυα που προέρχονται από διαφορετικά είδη ποντικιού. Όταν ενέχυσε τα βλαστοκύτταρα στα έμβρυα, Ουσιαστικά, κανένας τομέας της βιοϊατρικής δεν έχει παραμείνει σε σημαντικό βαθμό ανεπηρέαστος με τον ένα ή τον άλλο τρόπο από κάποιο knock-out ποντίκι τα χρωμοσώματά τους συνδυάσθηκαν, όπως ήταν αναμενόμενο. Τα «μωσαϊκά» έμβρυα που δημιουργήθηκαν κατάφεραν να γίνουν τελειόμηνα με χρήση παρένθετης μητέρας, και όταν αργότερα ζευγάρωσαν, οι απόγονοί τους διέθεταν γονίδια που προέρχονταν από τα βλαστοκύτταρα. Ο Evans άρχισε στη συνέχεια να τροποποιεί τα βλαστοκύτταρα, προτού τα εισαγάγει στα ωάρια των ποντικιών, χρησιμοποιώντας ρετροϊούς για να ενσωματώσει νέα γονίδια στα γονιδιώματά τους. Αυτά τα νέα γονίδια μεταφέρθηκαν στη συνέχεια στα έμβρυα και στους απογόνους τους. Ο συνδυασμός αυτής της τεχνικής με τον ανασυνδυασμό των τεχνητών ομολόγων οδήγησε στη δημιουργία του πρώτου knock-out ποντικιού. Σημαντικές βελτιώσεις στην τεχνολογία και ιδίως η δημιουργία των ποντικών ρυθμιζόμενης απαλοιφής - έκαναν τα knock-out ποντίκια ακόμα πιο πολύτιμα για τους βιολόγους. Ένα σύστημα, το οποίο ονομάζεται Cre-lox, αναπτύχθηκε σε ποντίκια από τον Klaus Rajewsky, ο οποίος εργάζεται σήμερα στην Ιατρική Σχολή του Harvard, με σκοπό να επιτρέψει την απαλοιφή του στοχευμένου γονιδίου σε κάποια επιλεγμένη χρονική στιγμή μετά τη γέννηση. Η τεχνική αυτή προσφέρει τη δυνατότητα να μελετηθούν γονίδια που κατέχουν σημαντικό ρόλο στην εβρυϊκή ανάπτυξη και η απαλοιφή τους κατά το στάδιο αυτό θα οδηγούσε στο θάνατο πριν τη γέννηση, εμποδίζοντας έτσι τη μελέτη της λειτουργικότητάς τους. Μέχρι και 15% των γονιδίων φαίνεται να παίζουν σημαντικό ρόλο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. Ο Smithies δήλωσε στο περιοδικό Nature ότι το βραβείο «ήταν αναμενόμενο, δεδομένου του διαμετρήματος του έργου», ενώ εκείνο που τον ενθουσιάζει περισσότερο, είναι να ξεφυλλίζει επιστημονικά περιοδικά και να βρίσκει τόσες πολλές εργασίες που βασίζονται σε ποντίκια knock-out. «Είναι σαφές ότι η μέθοδος ομόλογου ανασυνδυασμού έχει συμβάλει σε μεγάλο βαθμό στον τρόπο που κατανοούμε το γονιδίωμα», δήλωσε. «Μπορεί να έχουμε την αλληλουχία, αλλά τα knock-out θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τη λειτουργία της». Πρόσφατα, ο Capecchi βοήθησε να περιγραφεί με λεπτομέρειες ο ρόλος που διαδραματίζουν συγκεκριμένα γονίδια στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. Το έργο του επικεντρώνεται ιδίως στα όργανα του σώματος και στον τρόπο με τον οποίο διαμορφώνεται το σώμα - ώστε όλα τα όργανα του σώματος ενός ζώου να βρίσκονται στο σωστό σημείο. Ο Evans δημιούργησε πολλά μοντέλα σημαντικών ανθρώπινων νόσων σε ποντίκια, όπως για παράδειγμα της κυστικής ίνωσης, και τα χρησιμοποίησε για να μελετήσει τους μηχανισμούς τους και για να προσπαθήσει να βρει τρόπους διόρθωσης των ελαττωματικών γονιδίων. Ο Smithies δημιούργησε κι εκείνος με τη σειρά του ένα ποντίκι με κυστική ίνωση, καθώς και μοντέλα κοινών νόσων, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής αρτηριακής πίεσης και της αθηροσκλήρωσης. Τώρα που πλέον έχει καταγραφεί η αλληλουχία του γονιδιώματος των ποντικιών, έχει ξεκινήσει μία προσπάθεια σε παγκόσμιο επίπεδο για δημιουργία knock-out για κάθε ένα από τα γονίδια του ζώου. «Η επίπτωση της τεχνολογίας στην κατανόηση της λειτουργίας των γονιδίων και τα οφέλη της για την ανθρωπότητα θα συνεχίσουν να αυξάνονται τα χρόνια που έρχονται, δηλώνει ο Evans.

9 re-code #1 01/2008 Γενική στρατηγική στόχευσης γονιδίων σε ποντίκια Βήμα 1 Στόχευση γονιδίων σε εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα 1. Καλλιέργεια εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα καλλιεργούνται από έμβρυα ποντικιών πριν από την εμφύτευση (βλαστοκύστες). Φορέας neo r ενσωματωμένο DNA HSV-tk Εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα Βλαστοκύστη Διαμόλυνση Ομόλογο DNA Ομόλογο DNA 2. Κατασκευή φορέα στόχευσης Ο φορέας περιέχει τμήματα του DNA που είναι ομόλογα προς το γονίδιο-στόχο, καθώς και ενσωματωμένο DNA, το οποίο μεταβάλλει το γονίδιο-στόχο και επιτρέπει την επιλογή μεταξύ θετικών και αρνητικών κλώνων. 3. Διαμόλυνση εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων Ο κυτταρικός μηχανισμός του ομόλογου ανασυνδυασμού επιτρέπει στον φορέα στόχευσης να εντοπίσει και να προβεί σε ανασυνδυασμό με το γονίδιο-στόχο. Φορέας neo r HSV-tk Σπάνιο κύτταρο που φέρει το στοχευμένο γονίδιο Γονίδιο-στόχος Γονίδιο-στόχος 4. Πολλαπλασιασμός των στοχευμένων εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων Η επιλογή βάσει παρουσίας neo r και απουσίας HSV-tk εμπλουτίζει τα στοχευμένα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Επιλογή θετικών-αρνητικών Αμιγής πληθυσμός εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων που φέρουν το στοχευμένο γονίδιο Ομόλογος ανασυνδυασμός Γονίδιο-στόχος neo r neo r Βήμα 2 Από στοχευμένα με γονίδια εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα σε στοχευμένα με γονίδια ποντίκια 5. Έγχυση εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων σε βλαστοκύστες Τα στοχευμένα εμβρυϊκά...όπου αναμιγνύονται και διαμορφώνουν βλαστοκύτταρα εγχέονται ένα μωσαϊκό με τα κύτταρα από τη μάζα στις βλαστοκύστες... των κυττάρων της εμβρυοβλάστης, από την οποία αναπτύσσεται το έμβρυο. Οι βλαστοκύστες που έχουν υποστεί έγχυση εμφυτεύονται σε παρένθετη μητέρα, όπου και αναπτύσσονται σε έμβρυα-μωσαϊκό. Εμβρυοβλάστη μωσαϊκό Γέννηση ποντικιών-μωσαϊκό 6. Γέννηση και αναπαραγωγή ποντικιών-μωσαϊκό Τα ποντίκια-μωσαϊκό ζευγαρώνουν με φυσιολογικά ποντίκια και δίνουν απογόνους με στοχευμένα γονίδια και φυσιολογικούς απογόνους. Ποντίκι-μωσαϊκό (αρσενικό) φυσιολογικό ποντίκι (θηλυκό) Ωάριο Ωάριο Σπέρμα Σπέρμα Φυσιολογικά ποντίκια Ποντίκια με στοχευμένα γονίδια - που ονομάζονται knock-out ποντίκια, όταν απενεργοποιηθεί το στοχευμένο γονίδιο Επιτροπή Νόμπελ Φυσιολογίας-Ιατρικής Εικονογράφηση: Annika Röhl 9

10 νέα Επαναπρογραμματισμός: νέο τοπίο στην υπόσχεση της αναγεννητικής ιατρικής 10

11 re-code #1 01/2008 Μια σειρά επιστημονικών δημοσιεύσεων που δείχνουν ότι με σχετικά απλό τρόπο δερματικά κύτταρα μπορούν να επαναπρογραμματισθούν, αποκτώντας ιδιότητες εμβρυϊκών κυττάρων, ανατρέπουν το τοπίο της αναγεννητικής ιατρικής. Αν η μέθοδος μπορέσει να μεταφερθεί στον άνθρωπο, θα μπορούν να δημιουργηθούν ειδικά για κάθε ασθενή βλαστικά κύτταρα, παρακάμπτοντας τους ηθικούς, νομικούς και τεχνικούς περιορισμούς της χρήσης ωαρίων ή εμβρύων Μια μελέτη των Tada και συν. 1, δημοσιευμένη το 2001, είχε δείξει ότι τα διαφοροποιημένα ενήλικα κύτταρα μετατρέπονταν σε πολυδύναμα όταν συντήκονταν με εμβρυϊκά κύτταρα (ES). Το εύρημα υπέδειξε ότι παράγοντες των ES μπορούν να προσδώσουν πολυδυναμικότητα σε άλλα κύτταρα. Ωστόσο επειδή τα μεταγραφικά προφίλ, οι τροποποιήσεις της χρωματίνης και η μεθυλίωση των ενήλικων κυττάρων διαφέρουν πολύ απ' αυτή των ES, πιστευόταν ότι η πολυδυναμικότητα θα ελεγχόταν με εξαιρετικά πολύπλοκο τρόπο. Ήταν λοιπόν αναπάντεχο όταν πέρυσι οι Takahashi και Yamanaka 2 έδειξαν ότι εισάγοντας τέσσερις μόνο μεταγραφικούς παράγοντες (Oct3/4, Sox2, c-myc και Klf4) σε ινοβλάστες δέρματος ποντικιών, κατάφεραν να παράγουν κυτταρικές σειρές με μερικές από τις ιδιότητες των ES κυττάρων. Τα κύτταρα αυτά ονομάστηκαν επαγόμενα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (induced pluripotent stem cells ips). Ωστόσο, τα κύτταρα αυτά διέφεραν από τα ES και εγχυόμενα σε φυσιολογικές βλαστοκύστες ποντικών δεν οδηγούσαν στη γένεση ζωντανών χιμαιρών. Οι ερευνητές σκέφτηκαν ότι αν η επιλογή των ips γινόταν με βάση την έκφραση γονιδίων που ήταν πολύ βασικότερα για την πολυδυναμικότητα απ' ότι το Fbx15 που είχαν χρησιμοποιήσει μέχρι τότε, θα ήταν δυνατόν να παράγουν μια βελτιωμένη γενιά επαναπρογραμματισμένων κυττάρων. Έτσι, εισήγαγαν στα κύτταρα έναν παράγοντα ανθεκτικότητας σε φάρμακα κάτω από τον έλεγχο καλά μελετημένων γονιδίων που συνδέονταν με την πολυδυναμικότητα (Nanog ή Pou5f1) προκειμένου να επιλέξουν τους κατάλληλους κλώνους. Με τη διαμόλυνσή τους με ρετροϊό που περιείχε τέσσερις μεταγραφικούς παράγοντες, τρεις διαφορετικές ομάδες, κατόρθωσαν να κατασκευάσουν σταθερές κυτταρικές σειρές και να δημιουργήσουν απ' αυτές χιμαιρικά ποντίκια, αποδεικνύοντας σ' αυτά την μεταφορά του γενετικού υλικού των ips 3,4,5. Ωστόσο η επιτυχία αυτή γέννησε νέα ερωτήματα σχετικά με την αλληλουχία των μοριακών γεγονότων που οδηγούσαν στον επαναπρογραμματισμό και στο αν εμπλέκονταν και άλλοι παράγοντες εκτός από την έκφραση των μεταγραφικών παραγόντων. Επιπλέον, ενδεχομένως η συνεχής έκφραση και των τεσσάρων παραγόντων να μην είναι απαραίτητη για τη διατήρηση των ips, καθώς τα ips δείχνουν χαμηλό επίπεδο έκφρασης αυτών των παραγόντων. Η ομάδα των Maherali και συν. έδειξε ότι η συνεχιζόμενη έκφραση του Oct/3/4 ήταν επουσιώδης για την επιβίωση των ips και παρόμοια πειράματα θα πρέπει να γίνουν για όλους τους παράγοντες. Από τα ποντίκια στον άνθρωπο Εύλογα η ανακάλυψη αυτής της απλής μεθόδου επαναπρογραμματισμού οδήγησε σε έναν αγώνα δρόμου για την αναπαραγωγή της σε ανθρώπινα κύτταρα. Δύο διαφορετικές ομάδες χρησιμοποίησαν τη μέθοδο με επιτυχία σε δερματικά κύτταρα ανθρώπου. Η ομάδα των Yamanaka και συν. χρησιμοποίησε ρετροϊό σαν όχημα για να εισαχθούν τα ίδια τέσσερα γονίδια που χρησιμοποίησαν και στα ποντικίσια κύτταρα σε ανθρώπινους ινοβλάστες. Μια κυτταρική σειρά από ips δημιουργήθηκε για κάθε 5000 κύτταρα που επεξεργάστηκαν με τη νέα τεχνική 6. Τα επαναπρο- 11

12 Επαναπρογραμματισμός: νέο τοπίο στην υπόσχεση της αναγεννητικής ιατρικής νέα γραμματισμένα κύτταρα ήταν παρόμοια με τα ES. Το ένζυμο τελομεράση, που προστατεύει τα χρωμοσώματα, ήταν ενεργό όπως και στα εμβρυϊκά κύτταρα και πολλά από τα γονίδια που συνδέονται με την πολυδυναμικότητα επίσης ήταν ενεργά όπως και στα εμβρυϊκά κύτταρα, και σε αντίθεση με τους διαφοροποιημένους ινοβλάστες. Τα γονίδια του ρετροϊού σιγούσαν επίσης, υποδεικνύοντας ότι η μεταμόρφωση οφειλόταν στη μεταβολή της 12 α) β) γ) δ) ε) Φυσιολογική βλαστοκύστη στ) ζ) Χιμαιρικό ποντίκι Ποντίκι προερχόμενο από ips Διαγονιδιακό ποντίκι Ινοβλάστες δέρματος Ρετροϊική διαμόλυνση (Oct3/4, Sox2, Klf4, c-myc) Επιλογή αντιβιοτικού Ανάπτυξη σε καλλιέργεια Κυτταρική σειρά ips Φυσιολογικό ποντίκι Φυσιολογικό ποντίκι έκφρασης ενδογενών γονιδίων. Η έκφραση περισσοτέρων από 5000 γονίδια βρέθηκε να διαφέρει στο πενταπλάσιο μεταξύ των ips και των ινοβλαστών, έναντι 1267 μεταξύ ips και ανθρώπινων εμβρυϊκών κυττάρων (hes). Η ομάδα διαφοροποίησε τα επαναπρογραμματισμένα κύτταρα σε καρδιακά και νευρικά. Η ομάδα των Thomson και συν. ξεκίνησε από την αρχή, διαμορφώνοντας τη δική της λίστα 14 υποψηφίων Εικόνα 1 Παραγωγή επαγόμενων πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων α. Προκειμένου να μετατρέψουν τις ινοβλάστες ενήλικου δέρματος σε εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα, οι ερευνητές δημιούργησαν ποντίκια τα οποία έφεραν έναν επιλέξιμο από φάρμακο δείκτη, προσδίδοντάς τους αντίσταση είτε στη νεομυκίνη 2 είτε στην πουρομυκίνη 1,3. Η αντίσταση σε αυτά τα αντιβιοτικά συνδέθηκε με την έκφραση είτε του Pou5f1 (αναφ. 2) είτε του Nanog (αναφ.1,3), τα οποία είναι δείκτες πολυδυναμικότητας. β. Στη συνέχεια, οι συγγραφείς απομόνωσαν ινοβλάστες από αυτά τα γενετικά τροποποιημένα ποντίκια και, γ. εισήγαγαν γονίδια για τέσσερις μεταγραφικούς παράγοντες - Oct3/4, Sox2, c-myc και Klf4- σε αυτά τα κύτταρα μέσω ρετροϊικής διαμόλυνσης. δ. Τα διαμολυσμένα κύτταρα υποβλήθηκαν σε κατάλληλη επιλογή φαρμάκου. Κύτταρα που δεν εξέφρασαν το γονίδιο για την αντίσταση στο φάρμακο -δηλαδή τα Pou5f1 ή Nanog- πέθαναν. ε. Στη συνέχεια, οι σπάνιες αποικίες που ήταν παρόμοιες με εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα απομονώθηκαν και επεκτάθηκαν σε σταθερές επαγόμενες πολυδύναμες σειρές βλαστικών κυττάρων (ips). στ. Όταν εγχύθηκαν σε βλαστοκύστεις φυσιολογικών ποντικιών, τα κύτταρα ips ήταν ικανά να συμβάλουν σε όλους τους κυτταρικούς τύπους του σώματος, συμπεριλαμβανομένης της βλαστικής σειράς. ζ. Όταν τα χιμαιρικά πειραματόζωα που προέκυψαν από αυτές τις βλαστοκύστεις, διασταυρώθηκαν με φυσιολογικά ποντίκια, το αποτέλεσμα ήταν είτε γέννηση ζωντανών απογόνων που έφεραν το γενετικό υλικό ενός κυττάρου ips 1 είτε ανάπτυξη στο στάδιο του εμβρύου 2,3. για επαναπρογραμματισμό γονιδίων και χρησιμοποιώντας μια συστηματική διαδικασία κατέληξε επίσης σε 4 παράγοντες, δύο από τους οποίους ήταν ίδιοι με αυτούς του Yamanaka (OCT3 και SOX2), ενώ τα άλλα δύο γονίδια ήταν διαφορετικά (NANOG και LIN28). Η ομάδα επαναπρογραμματισε κύτταρα που προέρχονταν από εμβρυϊκό δέρμα και την ακροποσθία ενός νεογέννητου. Η τεχνική κατόρθωσε να μεταμορφώσει 1 στα κύτταρα, αριθμό ικανό προκειμένου να δημιουργήσει αρκετές κυτταρικές σειρές σε ένα πείραμα 7. Τα κύτταρα που δημιουργούνταν με τις τεχνικές των δύο ομάδων ήταν σε θέση να προκαλέσουν τη γένεση τερατωμάτων ή όγκων που περιείχαν κύτταρα προέλευσης και των τριών βλαστικών δερμάτων. Οι προβληματισμοί Παρ' όλο που υπόσχονται πολλά και οι δυο τεχνικές έχουν σοβαρά μειονεκτήματα, που δημιουργούν σκεπτικισμό για τη δυνατότητά τους να οδηγήσουν σε θεραπευτικές εφαρμογές στον άνθρωπο. Οι ανεπιθύμητες επιπτώσεις της δημιουργίας βλαστικών κυττάρων με την τεχνική αυτή συμπεριλαμβάνουν τη δημιουργία όγκων, που συνδέεται με την ενεργοποίηση ενός από τα γονίδια που εισάγονται, του c-myc. Οι Yamanaka και συν. βρήκαν ότι 20% των απογόνων που δημιουργήθηκαν από τα ips εμφάνισαν όγκους, όπως συνέβη και με κάποια από τα χιμαιρικά ποντίκια. Ωστόσο, λίγο μετά τη δημοσίευσή τους, οι Yamanaka και συν. παρουσίασαν μια νέα εργασία, στην οποία έδειξαν ότι ποντικίσια και ανθρώπινα κύτταρα μπορούσαν να επαναπρογραμματισθούν με τη χρήση μόνο τριών από τα τέσσερα γονίδια. Στο νέο τροποποιημένο πρωτόκολλο δεν χρησιμοποιήθηκε c-myc και οι συγγραφείς αναφέρουν ότι κατά τη διάρκεια της περιορισμένης παρακολούθησης δεν παρατηρήθηκε η ανάπτυξη όγκων στα χιμαιρικά ποντίκια 8. Επιπλέον, το πρωτόκολλο μπορούσε να πραγματοποιηθεί χωρίς την προσθήκη πα-

13 re-code #1 01/2008 ράγοντα ανθεκτικότητας σε φάρμακα για να επιλεγούν τα κύτταρα. Δεν είναι ακόμα γνωστό αν η συγκεκριμένη μεθοδολογία μπορεί να οδηγήσει στον επαναπρογραμματισμό άλλων διαφοροποιημένων κυττάρων. Αποτελεί ωστόσο απόδειξη ότι τα κύτταρα των ενηλίκων μπορούν να επαναπρογραμματισθούν με μια μέθοδο που μπορεί να αναπαραχθεί. Υπάρχει σημαντική απόσταση μέχρι οι θεραπευτικές υποσχέσεις για αναγέννηση να μεταφερθούν στη κλινική έρευνα. Είναι σημαντικό να εγκαθιδρυθούν διαδικασίες διαφοροποίησης αυτών των κυττάρων σε μια ποικιλία χρήσιμων κυτταρικών τύπων, διασφαλίζοντας ότι δεν παραμένουν αδιαφοροποίητα κύτταρα που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη όγκων. Θεραπευτική δοκιμή Η πρώτη δοκιμή των θεραπευτικών δυνατοτήτων των ips έγινε σε ποντίκια που παρουσίαζαν δρεπανοκυτταρική αναιμία. Η νόσος χαρακτηρίζεται από γενετικές μεταλλάξεις της αιμοσφαιρίνης που οδηγούν, κάτω από ορισμένες συνθήκες, στη μεταβολή του σχήματος των ερυθρών αιμοσφαιρίων, από σφαιρικά σε δρεπανοειδή, εμποδίζοντας την ομαλή τους κυκλοφορία στα αγγεία. Χρησιμοποιώντας την ίδια μεθοδολογία, η ομάδα του Τ. Townes επαναπρογραμμάτισε τα δερματικά κύτταρα και εισήγαγε ένα φυσιολογικό αντίγραφο του γονιδίου της αιμοσφαιρίνης. Στη συνέχεια, διαφοροποίησε τα κύτταρα σε αιμοποιητικά και τα επανέγχυσε στα ποντίκια που είχαν προηγουμένως ακτινοβοληθεί για να καταστραφούν τα αιμοποιητικά τους κύτταρα. Σε λίγες εβδομάδες τα νέα κύτταρα παρήγαγαν ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια και τα συμπτώματα της νόσου είχαν βελτιωθεί σημαντικά 9. Η υπόσχεση και τα επόμενα βήματα Η πολυδυναμική φύση των εμβρυϊκών κυττάρων τα καθιστά εξαιρετικά Πηγές ελκυστικά για την ανάπτυξη κυτταρικών θεραπειών που θα αποσκοπούν στην αποκατάσταση εκφυλισμένων ή τραυματισμένων ιστών. Η χρήση ανθρώπινων εμβρύων, ως πηγή τέτοιων κυττάρων, είναι νομικά και ηθικά αμφισβητήσιμη. Έτσι, η προοπτική δημιουργίας πολυδύναμων κυττάρων με παρόμοιες ιδιότητες από κύτταρα ενηλίκων είναι εξαιρετικά σημαντική. Μέχρι σήμερα, η προτεινόμενη μέθοδος ήταν η μεταφορά σωματικών κυτταρικών πυρήνων (SCNT) ή αλλιώς θεραπευτική κλωνοποίηση. Η διαδικασία αφορά στη μεταφορά και τον επαναπρογραμματισμό του DNA από ενήλικο κύτταρο με την εμφύτευσή του στο κυτταρικό περιβάλλον ενός ωαρίου. Μέχρι σήμερα, με τον τρόπο αυτό έχουν παραχθεί ES κύτταρα σε ποντικούς, ενώ οι ισχυρισμοί του Νοτιοκορεάτη επιστήμονα Woo Suk Hwang για την επίτευξή του εγχειρήματος σε ανθρώπινα κύτταρα αποδείχθηκαν ψευδείς. Περιγραφές επιτυχίας της μεθόδου σε άλλα πρωτεύοντα δείχνουν ότι μπορεί να είναι εφικτή. Ωστόσο, μέχρι σήμερα δεν είναι καθόλου σαφές ότι εμβρυϊκά κύτταρα θα μπορέσουν να παράγονται σε μια εύλογη συχνότητα με την τεχνική της πυρηνικής μεταφοράς. Ένας αποτελεσματικός τρόπος επαναπρογραμματισμού ενηλίκων κυττάρων που αποφεύγει τη χρήση ωαρίων ή εμβρύων σαφώς υπερέχει. Καθώς οι ρετροϊοί μπορεί να προκαλέσουν την ενεργοποίηση καρκινογόνων γονιδίων, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε θεραπευτικές εφαρμογές θα πρέπει να βρεθεί ένας άλλος τρόπος αντί της ρετροϊικής διαμόλυνσης. Δεν είναι λίγοι αυτοί που πιστεύουν ότι η δοκιμασία διαλογής μικρών μοριακών παραγόντων που θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν παροδικά την έκφραση των απαραίτητων γονιδίων είναι το επόμενο βήμα. Τα κύτταρα αυτά μπορούν επίσης να αποδειχθούν εξαιρετικά χρήσιμα στη μελέτη πολλών παθήσεων και στη δοκιμή φαρμακευτικών παραγόντων. Όπως και να 'ναι, οι ανακαλύψεις αυτές συνιστούν μια σημαντική στροφή που θα καθορίσει τη μελλοντική κατεύθυνση της έρευνας στα βλαστικά κύτταρα. 1. Tada M, Takahama Y, Abe K, Nakatsuji N, Tada T. Nuclear reprogramming of somatic cells by in vitro hybridization with ES cells. Curr Biol Oct 2;11(19): Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell Aug 25;126(4): Okita K, Ichisaka T, Yamanaka S. Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature Jul 19;448(7151): Wernig M, Meissner A, Foreman R, Brambrink T, Ku M, Hochedlinger K, Bernstein BE, Jaenisch R. In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state. Nature Jul 19;448(7151): Nimet Maherali, Rupa Sridharan, Wei Xie, Jochen Utikal, Sarah Eminli, Katrin Arnold, Matthias Stadtfeld, Robin Yachechko, Jason Tchieu, Rudolf Jaenisch, Kathrin Plath and Konrad Hochedlinger. Directly Reprogrammed Fibroblasts Show Global Epigenetic Remodeling and Widespread Tissue Contribution. Cell Stem Cell , Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, Narita M, Ichisaka T, Tomoda K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell Nov 30;131(5): Yu J, Vodyanik MA, Smuga-Otto K, Antosiewicz-Bourget J, Frane JL, Tian S, Nie J, Jonsdottir GA, Ruotti V, Stewart R, Slukvin II, Thomson JA. Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells. Science Nov Nakagawa M, Koyanagi M, Tanabe K, Takahashi K, Ichisaka T, Aoi T, Okita K, Mochiduki Y, Takizawa N, Yamanaka S. Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nat Biotechnol Nov 30 9.Hanna J, Wernig M, Markoulaki S, Sun CW, Meissner A, Cassady JP, Beard C, Brambrink T, Wu LC, Townes TM, Jaenisch R. Treatment of Sickle Cell Anemia Mouse Model with ips Cells Generated from Autologous Skin. Science Dec 6 13

14 νέα Βλαστοκύτταρα: Τα πρωτεύοντα θηλαστικά παίρνουν σειρά Ian Wilmut και Jane Taylor Οι ερευνητές πέτυχαν τον δοκιμαστικό στόχο της δημιουργίας εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων από τα κύτταρα ενήλικου πρωτεύοντος θηλαστικού. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε θα μπορούσε ενδεχομένως να προσφέρει πληροφορίες για ένα μεγάλο αριθμό νόσων, σε περίπτωση που εφαρμοσθεί σε ανθρώπους 14

15 re-code #1 01/2008 Η δημιουργία βλαστοκυττάρων προσαρμοσμένων στις ανάγκες του εκάστοτε ασθενούς προσφέρει πολλές ελπίδες όσον αφορά στην ιατρική θεραπεία, την ανακάλυψη φαρμάκων και τη βασική έρευνα Αλλά, εκτός από τα ηθικά ζητήματα που σχετίζονται με αυτήν, υπάρχουν και πολλά τεχνικά εμπόδια ως προς την επίτευξη του στόχου αυτού στους ανθρώπους. Για πολλά είδη χρησιμοποιήθηκαν τόσο ενήλικα όσο και εμβρυϊκά κύτταρα με σκοπό τη δημιουργία γενετικά πανομοιότυπων απογόνων - το πρόβατο Ντόλλυ είναι ίσως το διασημότερο από αυτά 1. Αυτό επετεύχθη μέσω μίας διαδικασίας που είναι γνωστή ως μεταφορά πυρήνα σωματικών κυττάρων (SCNT), η οποία περιλαμβάνει την αντικατάσταση γενετικού υλικού από τον πυρήνα ενός μη γονιμοποιημένου ωαρίου από υλικό ενός σωματικού (όχι μικροβιακού) κυττάρου. Σε κάθε περίπτωση, το βασικό αυτό πρωτόκολλο πρέπει να τροποποιηθεί ανάλογα με το κάθε είδος. Εντούτοις, παρά τις σημαντικές προσπάθειες που έχουν καταβληθεί, παραμένει αδύνατη η δημιουργία γραμμών εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων πρωτευόντων θηλαστικών ή η κλωνοποίηση πρωτεύοντος θηλαστικού. Οι Byrne και συν. 2 περιέγραψαν πρόσφατα τη δημιουργία γραμμών βλαστοκυττάρων από έμβρυα πιθήκου του είδους του μακάκου (macaque rhesus) με χρήση τροποποιημένου πρωτοκόλλου SCNT. Το προηγούμενο έργο 3 του Byrne και των συναδέλφων του έδειξε ότι, σε αντίθεση προς ό,τι ισχύει με άλλα θηλαστικά, όταν το υλικό του πυρήνα ενός ωαρίου (ωοκύτταρο) αντικατασταθεί από εκείνο ενός σωματικού κυττάρου πρωτεύοντος θηλαστικού, το ωοκύτταρο δεν μπορεί να ανασχηματιστεί αποτελεσματικά και να περάσει σε εμβρυϊκό στάδιο, λόγω καθυστερημένης και αναποτελεσματικής αφαίρεσης μίας πρωτεΐνης που ονομάζεται λαμίνη A/C. Η εν λόγω πρωτεΐνη αποτελεί συστατικό στοιχείο του πυρηνικού σκελετού και η αφαίρεσή της απαιτεί ένα σύμπλοκο πρωτεϊνών που είναι γνωστό ως παράγων προαγωγήςωρίμανσης (MPF). Οι συγγραφείς κατέληξαν στην υπόθεση 3 ότι η ακατάλληλη διαχείριση του ωοκυττάρου μπορεί να προκαλέσει πρόωρη εξασθένηση της δραστηριότητας του MPF, που οδηγεί σε διατήρηση της λαμίνης A/C. Προκειμένου να ελέγξουν την υπόθεση αυτή, εμπόδισαν την εξασθένιση του MPF και βρήκαν ότι, πράγματι, η λαμίνη A/C αφαιρούνταν με περισσότερο αποτελεσματικό τρόπο. Όμως, η διαδικασία αυτή προκάλεσε άλλες επιπτώσεις σε μετέπειτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, οι οποίες αποδείχθηκαν σημαντικότερες από τα οφέλη της. Οι Byrne και συν. 2 έχουν έκτοτε προβεί σε αρκετές τροποποιήσεις στο πρωτόκολλο SCNT τους. Για παράδειγμα, στο συμβατικό SCNT, τα ωοκύτταρα εκτίθενται σε χρώση Hoechst ή/και σε υπεριώδη ακτινοβολία, προκειμένου να εντοπιστούν και να αφαιρεθούν τα χρωμοσώματά τους. Ο Byrne και οι συνάδελφοί του υπέθεσαν ότι μία τέτοια διαδικασία ενδέχεται να ευθύνεται για την παρεμπόδιση του γονιμοποιημένου ωοκυττάρου των πρωτευόντων θηλαστικών να φτάσει στο πολυκυτταρικό στάδιο εμβρυϊκής ανάπτυξης που ονομάζεται βλαστοκύστη, στον επιθυμητό βαθμό. Υπέθεσαν επίσης ότι ενδέχεται να βλάψει το μιτοχονδριακό DNA, εμποδίζοντας τη λειτουργία αυτού του οργανιδίου που παράγει ενέργεια κατά την πρώιμη εμβρυϊκή ανάπτυξη. Προκειμένου να αποφευχθούν τέτοιου είδους ενδεχόμενοι κίνδυνοι, οι συγγραφείς υιοθέτησαν μία εναλλακτική μέθοδο ανίχνευσης χρωμοσωμάτων: χρησιμοποίησαν το σύστημα απεικόνισης Oosight για να οπτικοποιήσουν τα χρωμοσώματα χρησιμοποιώντας πολωμένο φως. 15

16 Βλαστοκύτταρα: Τα πρωτεύοντα θηλαστικά παίρνουν σειρά νέα Ένα άλλο μέτρο που λήφθηκε ήταν η αύξηση του επιπέδου του MPF αφαιρώντας το ασβέστιο και το μαγνήσιο από το μέσο, μέσα στο οποίο γινόταν η επεξεργασία των ωοκυττάρων και, αργότερα, των εμβρύων. Παρότι το ασβέστιο είναι ουσιώδους σημασίας για την απόκριση του ωοκυττάρου στην επίδραση ενεργοποίησης του σπέρματος κατά τη γονιμοποίηση 4, περιβαλοντικοί παράγοντες μπορούν επίσης με τη σειρά τους να ενεργοποιήσουν αυτόματα τα ωοκύτταρα. Έτσι, η αφαίρεση του ασβεστίου -και ενδεχομένως και του μαγνησίουκατά τη διάρκεια των διαδικασιών SCNT μειώνει την επίπτωση της αυτόματης ενεργοποίησης των ωοκυττάρων. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή μίας ομάδας ομοιόμορφων ωοκυττάρων με υψηλά επίπεδα MPF, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να ενεργοποιηθούν με ελεγχόμενο τρόπο. Την επιτυχία του Byrne και των συναδέλφων του 3 κατά τη δημιουργία γραμμών εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων προερχόμενων από πρωτεύοντα θηλαστικά ακολούθησε η ένταξη των αλλαγών αυτών στο πρωτόκολλο SCNT (Εικ. 1). Ωστόσο, απαιτείται περισσότερη δουλειά προκειμένου να αναλυθούν διεξοδικά οι μηχανισμοί που αποτελούν τη βάση αυτού του επιτεύγματος. Μία εντελώς διαφορετική προσέγγιση στο SCNT μπορεί επίσης να οδηγήσει σε γραμμές εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τον άμεσο επαναπρογραμματισμό των ενήλικων κυττάρων, προκαλώντας την έκφραση τεσσάρων μόλις παραγόντων μεταγραφής γονιδίων στα κύτταρα. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αυτή, οι 16 Μέσα στη βιασύνη μας να χρησιμοποιήσουμε κύτταρα προσαρμοσμένα στις ανάγκες του κάθε ασθενούς, τείνουμε να παραβλέπουμε το γεγονός ότι έχουν μεγάλη αξία για τη βασική έρευνα και την ανακάλυψη φαρμάκων ερευνητές 5,6 επαναπρογραμμάτισαν τα δερματικά κύτταρα ενήλικων ποντικιών ώστε να παραχθούν ορισμένα κύτταρα που να διαθέτουν πολλά από τα χαρακτηριστικά των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν ενδείξεις που να μαρτυρούν ότι η προσέγγιση αυτή ενδέχεται να είναι αποτελεσματική και για τα ανθρώπινα κύτταρα. Ακόμα, όμως, κι αν είναι δυνατόν να εφαρμοσθεί στην παραγωγή κυττάρων προσαρμοσμένων στις ανάγκες του κάθε ασθενούς, υπάρχουν άλλοι περιορισμοί που αφορούν τη χρήση του σε ανθρώπους. Για παράδειγμα, ιικοί φορείς χρησιμοποιήθηκαν για την ενσωμάτωση των γονιδίων που κωδικοποιούν τους τέσσερις παράγοντες μεταγραφής στο γονιδίωμα των ποντικιών. Λόγω των ενδεχόμενων κινδύνων που σχετίζονται με τη χρήση ιικών φορέων, η εν λόγω διαδικασία δεν μπορεί να εγκριθεί για χρήση σε ανθρώπους. Επιπλέον, πολλά από τα κύτταρα που είναι παρόμοια με τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και δημιουργήθηκαν κατ αυτό τον τρόπο εξελίχθηκαν στη συνέχεια σε όγκους, ενδεχομένως επειδή η λανθασμένη ρύθμιση ενός από τα τέσσερα γονίδια που ενσωματώθηκαν -του Mycμπορεί να οδηγήσει σε καρκίνο. Όμως, μία τροποποιημένη προσέγγιση στον άμεσο επαναπρογραμματισμό που δεν περιλαμβάνει καρκινογόνα γονίδια ή χρήση ιών ενδέχεται να αποτελέσει την τελική μέθοδο επιλογής για την παραγωγή ανθρώπινων βλαστοκυττάρων. Ποιες είναι οι συνέπειες των ευρημάτων των Byrne και συν. 2 όσον αφορά στις ενδεχόμενες εφαρμογές σε ανθρώπους; Λαμβάνοντας υπόψη το ενδεχόμενο της δημιουργίας βλαστοκυττάρων προερχόμενων από κύτταρα ενηλίκων, μεγάλη έμφαση δίδεται συχνά στην περίπτωση τα παράγωγα των κυττάρων αυτών να απορριφθούν από το ανοσοποιητικό σύστημα του ασθενούς που πάσχει από εκφυλιστική νόσο, σε περίπτωση που επιστραφούν σε αυτόν. Σε ρεαλιστικές βάσεις, η προσεκτική εξέταση των πόρων και του χρόνου που απαιτείται για την παραγωγή διαφοροποιημένων κυττάρων που θα χρησιμοποιηθούν για θεραπευτικούς σκοπούς μαρτυρά ότι η χρήση βλαστοκυττάρων σε μεγάλη κλίμακα δεν θα είναι πρακτική. Ωστόσο, μέσα στη βιασύνη μας να χρησιμοποιήσουμε κύτταρα προσαρμοσμένα στις ανάγκες του κάθε ασθενούς, τείνουμε να παραβλέπουμε το γεγονός ότι έχουν μεγάλη αξία για τη βασική έρευνα και την ανακάλυψη φαρμάκων. Για παράδειγμα, τέτοιου είδους κύτταρα θα μπορούσαν να συνεισφέρουν σε νέους τρόπους μελέτης των κληρονομικών νόσων. Εάν ο ιστός που νοσεί δεν μπορεί να ληφθεί εύκολα από τον ίδιο τον ασθενή, η παραγωγή κυττάρων προσαρμοσμένων στις ανάγκες του αποτελεί τη μοναδική πιθανή μέθοδο απόκτησης κυττάρων που φέρουν τη νόσο. Τέτοιου είδους κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό παθογόνων μεταλλάξεων. Εναλλακτικά, μπορούν να συγκριθούν με τα αντίστοιχα υγιή κύτταρα, προκειμένου να εντοπισθούν τα μόρια και οι μοριακοί μηχανισμοί που αποτελούν τη βάση των συμπτωμάτων της νόσου. Η πληροφορία αυτή μπορεί στη συνέχεια να αποτελέσει τη βάση ελέγχων high-throughput για τον εντοπισμό μικρομοριακών φαρμάκων που ενδεχομένως μπορούν να αποτρέψουν τέτοιες αλλαγές που σχετίζονται με τη νόσο σε μοριακό επίπεδο. Τελικά, αυτή η προσέγγιση ενδέχεται να οδηγήσει σε θεραπείες για νευροεκφυλιστικές νόσους, για ορισμένες μορφές καρκίνου και για ψυχιατρικές διαταραχές.

17 re-code #1 01/2008 Εικόνα 1 Αφαίρεση υλικού από τον πυρήνα μη γονιμοποιημένων ωοκυττάρων Παγκρεατικά κύτταρα Βλαστοκύτταρα αίματος Δερματικά κύτταρα από ενήλικο πίθηκο Μεταφορά υλικού από τον πυρήνα στο ωοκύτταρο Βλαστοκύστη Γραμμές εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων Διαφοροποίηση Ηπατικά κύτταρα Νευρώνες Κύτταρα από καρδιακό μυ Τεχνική μεταφοράς πυρήνα σωματικών κυττάρων (SCNT). Με τον ίδιο τρόπο με τον οποίο οι γυναίκες που υπόκεινται σε διαδικασίες γονιμοποίησης in vitro λαμβάνουν θεραπεία που τις κάνει να έχουν ενισχυμένη ωορρηξία, οι Byrne και συν. 2 χορήγησαν ορμόνες σε θηλυκούς πιθήκους rhesus, προκειμένου να προκαλέσουν την πτώση περισσότερων ωαρίων. Μετά τη λήψη των κυττάρων αυτών, οι συγγραφείς αφαίρεσαν το γενετικό υλικό του πυρήνα των κυττάρων. Εν τω μεταξύ, είχαν επίσης λάβει δερματικά κύτταρα από αρσενικό ενήλικα πίθηκο, στα οποία επέτρεψαν να πολλαπλασιαστούν σε καλλιέργεια και στη συνέχεια τα επεξεργάστηκαν για να σταματήσουν την εξέλιξή τους στο πλαίσιο του κυτταρικού κύκλου, αφού αυτά πέρασαν στη φάση ηρεμίας που είναι γνωστή ως G0. Στη συνέχεια, οι συγγραφείς αφαίρεσαν το γενετικό υλικό από τον πυρήνα των δερματικών κυττάρων και το εισήγαγαν μέσω ηλεκτρικών παλμών στα ωάρια που δεν διέθεταν πυρήνα. Τα ωάρια που υπέστησαν σύντηξη αφέθηκαν να φτάσουν στο στάδιο εμβρυϊκής ανάπτυξης που ονομάζεται βλαστοκύστη, προτού τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα αφαιρεθούν από αυτά. Τέτοιου είδους κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να διαφοροποιούνται σε διάφορους κυτταρικούς τύπους. Οι Ian Wilmut και Jane Taylor εργάζονται στο Κέντρο Αναγεννητικής Ιατρικής, στο Chancellor s Building, University of Edinburgh, 49 Little France Crescent, Εδιμβούργο EH16 4SB, Ηνωμένο Βασίλειο. ian.wilmut@ed.ac.uk, jane.taylor@ed.ac.uk Πηγές 1. Wilmut, I., Schnieke, A.E., McWhir, J., Kind, A.J. & Cambell, K.H.S. Nature 385, (1997). 2. Byrne, J.A. et al. Nature 450, (2007). 3. Mitalipov, S.M. et al. Hum. Reprod. 22, (2007). 4. Whitaker, M. Physiol. Rev. 86, (2006). 5. Okita, K., Ichisaka, T. & Yamanaka, S. Nature 448, (2007). 6. Takahashi, K. & Yamanaka, S. Cell 126, (2006). 17

18

19 #1 01/ αφιέρωμα: βλαστοκύτταρα διλήμματα μπροστά στην κατάψυξη θέμα Κατανοώντας τα βλαστικά κύτταρα ενημέρωση ερωτήματα & απαντήσεις απόψεις Είναι δυνατή η επιστημονική και ηθική νομιμοποίηση της ιδιωτικής αποθήκευσης ομφαλοπλακουντιακού αίματος;

20 διλήμματα μπροστά στην κατάψυξη 20