Egy új módszer alkalmazásával lehetővé vált, hogy egyszerű bőrsejtek újraprogramozásával embrionális sejteket állítsanak elő. Három kutatócsoport egymással párhuzamosan fejlesztette ki az új eljárást egérsejteken, most azon folyik a verseny, hogy kinek sikerül elsőként a módszert emberi sejteken is alkalmazni.
Az emberi bőrsejtek újraprogramozása igazi áttörés lenne a területen, amennyiben az új eljárással olyan bőreredetű sejteket tudnának előállítani, melyek gyakorlatilag nem különböznek a valódi embrionális őssejtektől, így az újraprogramozott sejt genetikai állománya megegyezne azzal a személlyel, akiből a kiindulási bőrsejtet nyerték. A terápiás alkalmazás lehetőségével kapcsolatban azonban még vannak kétségek.
Elméletileg az embrionális őssejtek korlátlan számú osztódásra képesek, és a test valamennyi sejtje ki tud fejlődni belőlük. Azonban egészen mostanáig kizárólag humán embriók elpusztításával tudtak őssejteket előállítani. Ahhoz pedig, hogy egy beteg ember a saját módosított őssejtjeit kaphassa vissza, gyakorlatilag az illető klónozására, és az így előállított embrió elpusztítására lenne szükség, ezek az eljárások azonban súlyos etikai kérdéseket vetnek föl. Azonban félretéve az etikai aggályokat, a klónozás technikailag is rendkívül bonyolult eljárás. Petesejtekre van szükség hozzá, melyek genetikai anyagát egy felnőtt sejtből származó sejt örökítőanyagával kell kicserélni, majd az így létrehozott sejtet rá kell venni az osztódásra, hogy belőle korai embrió tudjon kialakulni. Csak ezt követheti az őssejtek kinyerése. Ezeket a lépéseket az új eljárás segítségével talán sikerül megspórolni.
A Kiotói Egyetem Őssejtbiológiai Tanszékének kutatója, Shinya Yamanaka és kutatócsoportja tavaly publikálta egér fibroblasztokon végzett kísérleteit, amelynek során négy fehérjét, ún. transzkripciós faktorokat kódoló géneket (Oct3/4, Sox2, c-Myc, és Klf4) juttattak be a bőrből nyerhető fibroblasztsejtekbe retrovírus vektorok segítségével (a kísérletekről rovatunk is beszámolt, részletesen lásd: Az őssejt receptje). A négy fehérje olyan gének működését befolyásolja, melyek hatására a sejt pluripotenssé válik, azaz a test bármely sejttípusa ki tud fejlődni belőle. A sejteket indukált pluripotens sejteknek (iPS) nevezték el.
Az eredmények lenyűgözték a tudományos közönséget, de azért mégis egy jó adag szkepticizmussal fogadták. Összesen négy faktor túlságosan kevésnek tűnt. Habár a sejtek valóban nagymértékben hasonlítottak az embrionális őssejtekre - sejttelepeket hoztak létre, folyamatosan osztódtak és teratómaképzésre is képesek voltak -, mégsem tudtak mindent, amit egy őssejt (a teratóma a magzati sejtekből kiinduló ráktípusok összefoglaló neve). Amikor az indukált pluripotens sejteket bejuttatták egy fejlődő embrióba, azok nem voltak képesek részt venni a többi, már ott lévő normális embrionális őssejttel együtt a felnőtt állat testének kialakításában, azaz nem képeztek kimérákat.
A tavalyi bejelentést követően sokan nem igazán hitték el, hogy valóban pluripotens sejteket sikerült előállítani. Azonban a közelmúltban megjelent közleményben Yamanaka második generációs iPS sejtekről számol be, melyek az összes teszten átmentek. Szinte tökéletesen azonos eredményeket kapott ugyanannak a négy faktornak az alkalmazásával két másik laboratórium, a Rudolf Jaenisch által vezetett cambridge-i Whitehead Institute kutatócsoportja, valamint Konrad Hochedlinger csoportja a Harvard Stem Cell Institute-ban együttműködésben a Kathrin Plath által írányított Los Angeles-i University of California kutatócsoportjával.
"Mivel korábban sokan megkérdőjelezték az eredményeinket, ez igen nagy megkönnyebbülés (hogy másoknak is sikerült azokat reprodukálni - a szerk.) a Hwang-botrány után" nyilatkozta Yamanaka, célozva a dél-koreai Woo Suk Hwang munkájára, akinek klónozási eredményeit sehol nem tudták megismételni, majd kiderült, hogy a leközölt eredmények egy nagy része csalás volt. "Most már biztosak lehetünk abban, hogy ezekre az új eredményekre lehet alapozni" - mondta Hans Schöler, a münsteri Max Planck Intézet őssejtspecialistája.
A korábbi módszer alapján a bőrsejtek újraprogramozása a négy transzkripciós faktorral nem volt kellően megbízható és a módszer hatékonysága is igen alacsony volt. Ez azt jelentette, hogy egy bőrbiopsziából (bőrből mechanikusan eltávolított szövetdarabból) átlagosan nyerhető kb. egymillió sejtből jó esetben ezret tudtak csak átprogramozni a kutatók (0,1%). A legnagyobb problémát ennek az igen kis számú sejtnek az elkülönítése okozta. Ennek a problémának az áthidalására a kutatók egy olyan gént vittek be előzetesen a sejtekbe, mely csak akkor lép működésbe, ha a sejt őssejtté változik. Ezt az ún. őssejtspecifikus gént egy másik génnel kapcsolják össze, ez a másik gén pedig megvédi a sejtet, ha az olyan közegbe kerül, ami egy bizonyos antibiotikumot tartalmaz. Az eljárás következtében tehát egy olyan sejt jön létre, mely a négy transzkripciós faktor együttes hatása következtében őssejtté változva bekapcsolja ezt a bizonyos antibiotikum rezisztenciáért felelős gént is, és ennek következtében az antibiotikumot tartalmazó tenyésztőközegben csak azok a sejtek maradnak életben, melyeknek újraprogramozása sikeres volt, a többiek elpusztulnak.
A probléma a korábbi kísérletek során az volt, hogy az őssejtspecifikus gén (Fbx15), melyet Yamanaka alkalmazott, nem volt túlságosan "jó", nem volt eléggé őssejtspecifikus, aminek következtében sok olyan sejt is fennakadt az antibiotikum-rostán, mely valójában nem is igazi őssejt volt, csak elsőre úgy nézett ki. A mostani kísérletek során egy másik őssejtspecifikus gént választottak - a Nanogot -, és ez már kiválóan működött. Mindhárom csoportnak sikerült olyan indukált őssejteket előállítania, melyek az egérembrióba visszajuttatva sikeresen beépültek, és részt vettek a fejlődő állat testének felépítésében, azaz képesek voltak kiméraképzésre.
Jaenisch-nak sikerült az indukált pluripotens sejtekkel olyan embriókat is előállítani, melyek száz százalékban ezekből a sejtekből épülnek föl. "Csak a valódi embrionális őssejt képes erre" - mondta a kutató. Schöler szerint az új eredmények nagysága felér azzal, mint amikor bejelentették Dolly születését (ez volt az első testi sejtből klónozott állat).
Yamanaka módszere technikailag sem túl bonyolult, a laboratóriumban leggyakrabban használt sejtek szükségesek hozzá, és egyszerű labortechnikák alkalmazásával reprodukálható. A humán őssejtekkel való munka igen korlátozott a szükséges petesejtek hiánya, illetve amiatt, mert a klónozás technikailag egy igen bonyolult módszer, elsajátítása több hónapos folyamat. Azonban az új módszert eddig mégsem alkalmazták humán sejteken. Yamanaka szerint ehhez nem lesz elegendő az egérnél használt, négy transzkripciós faktor, valószínűleg többre lesz szükség.
Amennyiben azonban sikerül a módszert humán sejtekre is optimalizálni, a kutatók olyan indukált pluripotens sejteket tudnának előállítani, melyek például Parkinson-kóros vagy cukorbetegségben szenvedő betegekből származnak. Így laboratóriumi körülmények között meg lehetne figyelni a beteg sejtek működését, illetve a fejlődésük, differenciálódásuk során bennük zajló molekuláris változásokat, valamint a különböző környezeti faktorok hatását, továbbá potenciális gyógyszereket is tudnának rajtuk tesztelni.
A kutatók azonban rendkívül óvatosak, felhívják a figyelmet arra, hogy az indukált pluripotens sejtek mégsem tökéletesek. Transzplantációra a jelen körülmények között nem lehetne őket alkalmazni, mondjuk gerincsérültek esetében. Az állatkísérletek során ugyanis kiderült, hogy az alkalmazott négy transzkripciós faktor közül az egyik (c-Myc) a kiméra állatok ötödénél (20%) daganatos elváltozást okozott; Yamanaka szerint ezt a problémát valószínűleg ki tudják majd küszöbölni. A másik probléma a gének bevitelére alkalmazott retrovírus, mely a beépülése során szintén okozhat mutációkat, illetve ennek következtében az ilyen sejtek hajlamosak lehetnek a rákos elfajulásra. "Ez nagyon veszélyes dolog, ezért ezeket a sejteket nem szabad visszajuttatni a betegekbe"- mondta Jaenisch "Erről az oldalról szemlélve a kérdést a klónozással előállított embrionális őssejtek kutatása nélkülözhetetlen."
Bodrogi Lilla
Korábbi, kapcsolódó anyagunk:
Az őssejt receptje: Japán kutatóknak sikerült meghatározniuk azt a négy, feltétlenül szükséges faktort, amelyek képesek újraprogramozni az egérből származó differenciált sejteket. Az újraprogramozás ez esetben azt jelenti, hogy a négy összetevő hatására a felnőtt sejtek viselkedése funkcionálisan megegyezővé válik az embrionális őssejtekével.
Elméletileg az embrionális őssejtek korlátlan számú osztódásra képesek, és a test valamennyi sejtje ki tud fejlődni belőlük. Azonban egészen mostanáig kizárólag humán embriók elpusztításával tudtak őssejteket előállítani. Ahhoz pedig, hogy egy beteg ember a saját módosított őssejtjeit kaphassa vissza, gyakorlatilag az illető klónozására, és az így előállított embrió elpusztítására lenne szükség, ezek az eljárások azonban súlyos etikai kérdéseket vetnek föl. Azonban félretéve az etikai aggályokat, a klónozás technikailag is rendkívül bonyolult eljárás. Petesejtekre van szükség hozzá, melyek genetikai anyagát egy felnőtt sejtből származó sejt örökítőanyagával kell kicserélni, majd az így létrehozott sejtet rá kell venni az osztódásra, hogy belőle korai embrió tudjon kialakulni. Csak ezt követheti az őssejtek kinyerése. Ezeket a lépéseket az új eljárás segítségével talán sikerül megspórolni.
A Kiotói Egyetem Őssejtbiológiai Tanszékének kutatója, Shinya Yamanaka és kutatócsoportja tavaly publikálta egér fibroblasztokon végzett kísérleteit, amelynek során négy fehérjét, ún. transzkripciós faktorokat kódoló géneket (Oct3/4, Sox2, c-Myc, és Klf4) juttattak be a bőrből nyerhető fibroblasztsejtekbe retrovírus vektorok segítségével (a kísérletekről rovatunk is beszámolt, részletesen lásd: Az őssejt receptje). A négy fehérje olyan gének működését befolyásolja, melyek hatására a sejt pluripotenssé válik, azaz a test bármely sejttípusa ki tud fejlődni belőle. A sejteket indukált pluripotens sejteknek (iPS) nevezték el.
Az eredmények lenyűgözték a tudományos közönséget, de azért mégis egy jó adag szkepticizmussal fogadták. Összesen négy faktor túlságosan kevésnek tűnt. Habár a sejtek valóban nagymértékben hasonlítottak az embrionális őssejtekre - sejttelepeket hoztak létre, folyamatosan osztódtak és teratómaképzésre is képesek voltak -, mégsem tudtak mindent, amit egy őssejt (a teratóma a magzati sejtekből kiinduló ráktípusok összefoglaló neve). Amikor az indukált pluripotens sejteket bejuttatták egy fejlődő embrióba, azok nem voltak képesek részt venni a többi, már ott lévő normális embrionális őssejttel együtt a felnőtt állat testének kialakításában, azaz nem képeztek kimérákat.
A tavalyi bejelentést követően sokan nem igazán hitték el, hogy valóban pluripotens sejteket sikerült előállítani. Azonban a közelmúltban megjelent közleményben Yamanaka második generációs iPS sejtekről számol be, melyek az összes teszten átmentek. Szinte tökéletesen azonos eredményeket kapott ugyanannak a négy faktornak az alkalmazásával két másik laboratórium, a Rudolf Jaenisch által vezetett cambridge-i Whitehead Institute kutatócsoportja, valamint Konrad Hochedlinger csoportja a Harvard Stem Cell Institute-ban együttműködésben a Kathrin Plath által írányított Los Angeles-i University of California kutatócsoportjával.
"Mivel korábban sokan megkérdőjelezték az eredményeinket, ez igen nagy megkönnyebbülés (hogy másoknak is sikerült azokat reprodukálni - a szerk.) a Hwang-botrány után" nyilatkozta Yamanaka, célozva a dél-koreai Woo Suk Hwang munkájára, akinek klónozási eredményeit sehol nem tudták megismételni, majd kiderült, hogy a leközölt eredmények egy nagy része csalás volt. "Most már biztosak lehetünk abban, hogy ezekre az új eredményekre lehet alapozni" - mondta Hans Schöler, a münsteri Max Planck Intézet őssejtspecialistája.
A korábbi módszer alapján a bőrsejtek újraprogramozása a négy transzkripciós faktorral nem volt kellően megbízható és a módszer hatékonysága is igen alacsony volt. Ez azt jelentette, hogy egy bőrbiopsziából (bőrből mechanikusan eltávolított szövetdarabból) átlagosan nyerhető kb. egymillió sejtből jó esetben ezret tudtak csak átprogramozni a kutatók (0,1%). A legnagyobb problémát ennek az igen kis számú sejtnek az elkülönítése okozta. Ennek a problémának az áthidalására a kutatók egy olyan gént vittek be előzetesen a sejtekbe, mely csak akkor lép működésbe, ha a sejt őssejtté változik. Ezt az ún. őssejtspecifikus gént egy másik génnel kapcsolják össze, ez a másik gén pedig megvédi a sejtet, ha az olyan közegbe kerül, ami egy bizonyos antibiotikumot tartalmaz. Az eljárás következtében tehát egy olyan sejt jön létre, mely a négy transzkripciós faktor együttes hatása következtében őssejtté változva bekapcsolja ezt a bizonyos antibiotikum rezisztenciáért felelős gént is, és ennek következtében az antibiotikumot tartalmazó tenyésztőközegben csak azok a sejtek maradnak életben, melyeknek újraprogramozása sikeres volt, a többiek elpusztulnak.
A probléma a korábbi kísérletek során az volt, hogy az őssejtspecifikus gén (Fbx15), melyet Yamanaka alkalmazott, nem volt túlságosan "jó", nem volt eléggé őssejtspecifikus, aminek következtében sok olyan sejt is fennakadt az antibiotikum-rostán, mely valójában nem is igazi őssejt volt, csak elsőre úgy nézett ki. A mostani kísérletek során egy másik őssejtspecifikus gént választottak - a Nanogot -, és ez már kiválóan működött. Mindhárom csoportnak sikerült olyan indukált őssejteket előállítania, melyek az egérembrióba visszajuttatva sikeresen beépültek, és részt vettek a fejlődő állat testének felépítésében, azaz képesek voltak kiméraképzésre.
Jaenisch-nak sikerült az indukált pluripotens sejtekkel olyan embriókat is előállítani, melyek száz százalékban ezekből a sejtekből épülnek föl. "Csak a valódi embrionális őssejt képes erre" - mondta a kutató. Schöler szerint az új eredmények nagysága felér azzal, mint amikor bejelentették Dolly születését (ez volt az első testi sejtből klónozott állat).
Yamanaka módszere technikailag sem túl bonyolult, a laboratóriumban leggyakrabban használt sejtek szükségesek hozzá, és egyszerű labortechnikák alkalmazásával reprodukálható. A humán őssejtekkel való munka igen korlátozott a szükséges petesejtek hiánya, illetve amiatt, mert a klónozás technikailag egy igen bonyolult módszer, elsajátítása több hónapos folyamat. Azonban az új módszert eddig mégsem alkalmazták humán sejteken. Yamanaka szerint ehhez nem lesz elegendő az egérnél használt, négy transzkripciós faktor, valószínűleg többre lesz szükség.
Amennyiben azonban sikerül a módszert humán sejtekre is optimalizálni, a kutatók olyan indukált pluripotens sejteket tudnának előállítani, melyek például Parkinson-kóros vagy cukorbetegségben szenvedő betegekből származnak. Így laboratóriumi körülmények között meg lehetne figyelni a beteg sejtek működését, illetve a fejlődésük, differenciálódásuk során bennük zajló molekuláris változásokat, valamint a különböző környezeti faktorok hatását, továbbá potenciális gyógyszereket is tudnának rajtuk tesztelni.
A kutatók azonban rendkívül óvatosak, felhívják a figyelmet arra, hogy az indukált pluripotens sejtek mégsem tökéletesek. Transzplantációra a jelen körülmények között nem lehetne őket alkalmazni, mondjuk gerincsérültek esetében. Az állatkísérletek során ugyanis kiderült, hogy az alkalmazott négy transzkripciós faktor közül az egyik (c-Myc) a kiméra állatok ötödénél (20%) daganatos elváltozást okozott; Yamanaka szerint ezt a problémát valószínűleg ki tudják majd küszöbölni. A másik probléma a gének bevitelére alkalmazott retrovírus, mely a beépülése során szintén okozhat mutációkat, illetve ennek következtében az ilyen sejtek hajlamosak lehetnek a rákos elfajulásra. "Ez nagyon veszélyes dolog, ezért ezeket a sejteket nem szabad visszajuttatni a betegekbe"- mondta Jaenisch "Erről az oldalról szemlélve a kérdést a klónozással előállított embrionális őssejtek kutatása nélkülözhetetlen."
Bodrogi Lilla
Korábbi, kapcsolódó anyagunk:
Az őssejt receptje: Japán kutatóknak sikerült meghatározniuk azt a négy, feltétlenül szükséges faktort, amelyek képesek újraprogramozni az egérből származó differenciált sejteket. Az újraprogramozás ez esetben azt jelenti, hogy a négy összetevő hatására a felnőtt sejtek viselkedése funkcionálisan megegyezővé válik az embrionális őssejtekével.
