Kuinka muuttaa veripisara universaaliksi soluksi: kantasolujen vallankumoukselliset kemikaalit

Vielä vähän aikaa sitten aikuisen solun muuttaminen pluripotentiksi soluksi (joka kykenee muuntautumaan minkä tahansa tyyppiseksi kudokseksi) edellytti "Yamanaka-tekijöiden" lisäämistä siihen virusten tai DNA-plasmidien avulla. Nyt yhdysvaltalaiset, japanilaiset ja ranskalaiset tutkijat ovat tohtori Feng Pengin johdolla osoittaneet, että pelkkä joukko pieniä orgaanisia molekyylejä riittää ohjelmoimaan ihmisen perifeerisen veren solut kemiallisesti indusoiduiksi pluripotenteiksi kantasoluiksi (hCiPS-soluiksi). Tutkimus on julkaistu Cell Stem Cell -lehdessä.

Miksi tämä on tärkeää?

• Turvallisuus. Virusvektorien ja vieraiden geenien puuttuminen vähentää mutaatioiden ja immuunijärjestelmän hylkimisen riskiä.
• Monipuolisuus: Veri on helposti saatavilla oleva lähde: ei tarvitse ottaa iho- tai muita kudosbiopsioita.
• Nopeus. Vain 12–14 päivää useiden viikkojen tai kuukausien sijaan, kuten klassisessa menetelmässä.
• Käännettävyys. Kemikaaleja on helppo standardoida ja tuottaa GMP-standardien mukaisesti.

Kaksivaiheinen kemiallinen hakkerointiprotokolla

1. Korkea plastisuusaste (plastinen tila).

   • Verisoluja (monotumasoluja) viljellään elatusaineessa, jossa on kuusi pientä molekyyliä (kutsutaan niitä TNT-kompleksiksi). Näihin kuuluvat:

     • GSK3β- ja MEK-estäjät,

     • Wnt-signaloinnin modulaattorit,

     • HDAC-estäjät,

     • Spesifiset SIRT1-agonistit.

   • 6–8 päivässä solut menettävät ”veri”merkkinsä ja saavat erittäin plastisen epiteelin ominaisuudet, jotka ovat valmiita aktivoimaan pluripotentteja geenejä.

2. Pluripotenssin vakiintumisen vaihe.

   • Kaksi lisämolekyyliä stimuloivat pluripotenssin keskeisten "pääsäätelijöiden" OCT4-, SOX2- ja NANOG-geenien endogeenistä aktivaatiota.

   • Seuraavien 4–6 päivän aikana muodostuu stabiileja hCiPS-solujen pesäkkeitä, joilla on kantasolumorfologia ja TRA-1-60- ja SSEA-4-markkereiden ilmentyminen.

Mitä tiedemiehet saivat selville?

• Tehokkuus: jopa 0,1 % alkuperäisistä verisoluista muodostaa täysimittaisia hCiPS-pesäkkeitä – verrattavissa perinteisiin virusmenetelmiin.
• Toiminnallisuus: hCiPS-solut kykenevät muuntautumaan kaikkiin kolmeen alkion alkiokerrokseen: neuroneiksi, sydänlihassoluiksi, maksasoluiksi, haiman β-soluiksi jne.
• Ei jäännöskemiallisia sormenjälkiä: syväsekvensointi ei paljastanut eksogeenisen DNA:n integraatiota ja epigeneettistä tilaa, joka on lähellä alkion kantasoluja.

Lääketieteen näkymät

1. Hematopoieettinen uudistuminen. Autologiset hCiPS-solut voidaan ohjata takaisin hematopoieettiseen linjaan, mikä palauttaa kymmeniä immuuni- ja verisolutyyppejä leukemioissa ja immuunipuutoksissa.
2. Organoidit ja elinsiirrot. Laboratoriossa kasvatetut hCiPS-soluista peräisin olevat minisydämet, -maksat tai -haimat toimivat sairauksien mallina ja elinsiirtojen lähteenä ilman hyljintäriskiä.
3. Lääketestaus. hCiPS:ään perustuvat personoidut tautimallit mahdollistavat taudin "replikoinnin" verinäytteestä ja optimaalisen hoidon valinnan.
4. Kosmeettinen ja neurodegeneratiivinen lääketiede. hCiPS-solujen ohjattu erilaistuminen ihon kantasoluiksi ja hermosolujärjestelmiksi tarjoaa uusia lähestymistapoja psoriaasin, Alzheimerin taudin ja Parkinsonin taudin hoitoon.

Mitä seuraavaksi?

• Tehokkuuden parantaminen. Pienten molekyylien koostumuksen ja viljelyolosuhteiden optimointi, hCiPS-pesäkkeiden saannon lisääminen.
• Turvallisuus ja pitkäaikainen seuranta. Genomisen stabiilisuuden ja pahanlaatuisen transformaation puuttumisen testaus in vivo.
• Kliiniset tutkimukset. Faasi I/II, jossa arvioidaan hCiPS-tuotteiden turvallisuutta ja biologista hyötyosuutta vakavien verisairauksien ja kardiomyopatioiden hoidossa.

”Verisolujen kantasolukoodin täydellinen kemiallinen uudelleenkäynnistys on todellinen läpimurto, joka avaa oven helposti saatavilla olevalle ja turvalliselle solulääketieteelle ilman virusinterventioita”, toteaa tohtori Feng Peng.

Kirjoittajat huomauttavat useista keskeisistä seikoista:

• Genomiton turvallisuus
  ”Eksogeenisten geenien integroitumatta jääminen hCiPS-solujen genomiin vähentää onkogeenisen transformaation ja immuunijärjestelmän hylkimisen riskiä verrattuna virusmenetelmiin”, korostaa tutkimuksen vanhempi kirjoittaja, tohtori Feng Peng.

• Protokollan standardoitavuus
  ”Kemiallinen lähestymistapa helpottaa kantasolujen tuotannon skaalaamista ja standardointia GMP-olosuhteissa – riittää, että valmistetaan liuos, jossa on kuusi pientä molekyyliä ja noudatetaan tiukkaa ajoitusta”, lisää toinen kirjoittaja, professori Maria Lebedeva.

• Kliininen katsaus
  ”Aiomme arvioida hCiPS-soluja leukemia- ja diabetesmalleissa nähdäksemme, kuinka nopeasti ne rekonstruoivat hematopoieesi- ja β-soluja ilman virusvektoreihin liittyviä riskejä”, sanoo tohtori Jonathan Smith.

• Pitkäaikainen stabiilius
  ”Alustavat tiedot osoittavat, että hCiPS säilyttää genomisen ja epigeneettisen stabiiliutensa 20–30 jakson jälkeen, mikä on tärkeää myöhempien terapeuttisten sovellusten kannalta”, toteaa tohtori Aiko Yamamoto.

Nämä kommentit korostavat, että verisolujen kemiallinen uudelleenkäyttö pluripotenteiksi kantasoluiksi yhdistää turvallisuuden, standardoitavuuden ja kliinisen potentiaalin yksilölliselle regeneratiiviselle lääketieteelle.