MIT: Μετατροπή κυττάρων δέρματος σε νευρώνες

Η επανάσταση της κυτταρικής μετατροπής

Η μετατροπή ενός τύπου κυττάρου σε έναν άλλο, όπως από κύτταρο δέρματος σε νευρώνα, αποτελεί ένα σημαντικό επίτευγμα στη βιοϊατρική έρευνα. Η παραδοσιακή μέθοδος περιλαμβάνει τη μετατροπή του κυττάρου δέρματος σε πολυδύναμο βλαστοκύτταρο και στη συνέχεια τη διαφοροποίησή του σε νευρώνα. Ωστόσο, οι ερευνητές του MIT ανέπτυξαν μια καινοτόμο διαδικασία που παρακάμπτει το στάδιο των βλαστοκυττάρων, επιτρέποντας την άμεση μετατροπή ενός κυττάρου δέρματος σε νευρώνα.

Αποτελεσματική μέθοδος μετατροπής

Χρησιμοποιώντας κύτταρα ποντικών, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο μετατροπής που είναι εξαιρετικά αποδοτική, παράγοντας πάνω από 10 νευρώνες από ένα μόνο κύτταρο δέρματος. Εάν αυτή η μέθοδος μπορέσει να εφαρμοστεί σε ανθρώπινα κύτταρα, θα μπορούσε να επιτρέψει τη μαζική παραγωγή κινητικών νευρώνων, οι οποίοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία ασθενών με τραυματισμούς στη σπονδυλική στήλη ή ασθένειες που επηρεάζουν την κινητικότητα.

Η συμβολή της Katie Galloway

Η Katie Galloway, καθηγήτρια στο MIT, εξηγεί ότι η νέα αυτή τεχνολογία μπορεί να ανοίξει το δρόμο για θεραπείες αντικατάστασης κυττάρων. Η ομάδα της κατάφερε να δημιουργήσει κινητικούς νευρώνες και να τους ενσωματώσει στους εγκεφάλους ποντικών, όπου αλληλεπίδρασαν με τον υπάρχοντα ιστό.

Από το δέρμα στους νευρώνες

Πριν από σχεδόν 20 χρόνια, Ιάπωνες επιστήμονες έδειξαν ότι η παράδοση τεσσάρων παραγόντων μεταγραφής σε κύτταρα δέρματος μπορούσε να τα μετατρέψει σε πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSCs). Παρόλο που αυτή η τεχνική είναι αποτελεσματική, απαιτεί αρκετές εβδομάδες και πολλές φορές τα κύτταρα δεν μετατρέπονται πλήρως σε ώριμους τύπους κυττάρων.

Η άμεση μετατροπή

Η ομάδα της Galloway, μαζί με άλλους ερευνητές, έχει επιδείξει αυτή την άμεση μετατροπή στο παρελθόν, αλλά με πολύ χαμηλές αποδόσεις. Στην προηγούμενη εργασία της, χρησιμοποιούσε έναν συνδυασμό έξι παραγόντων μεταγραφής και δύο πρωτεϊνών που ενισχύουν την κυτταρική πολλαπλασιασμό. Η νέα μέθοδος που ανέπτυξαν, χρησιμοποιεί μόνο τρεις παράγοντες μεταγραφής, επιτρέποντας την απλούστευση της διαδικασίας.

Βελτιστοποίηση της διαδικασίας

Οι ερευνητές ξεκίνησαν με τους αρχικούς έξι παράγοντες μεταγραφής και πειραματίστηκαν με την αφαίρεσή τους, μέχρι που κατέληξαν σε έναν συνδυασμό τριών — NGN2, ISL1 και LHX3 — που μπορούσε να ολοκληρώσει επιτυχώς τη μετατροπή σε νευρώνες. Με τη χρήση ενός τροποποιημένου ιού, μπόρεσαν να εξασφαλίσουν ότι κάθε κύτταρο εκφράζει τα γονίδια σε σωστά επίπεδα.

Εφαρμογή σε ανθρώπινα κύτταρα

Η ομάδα ανέπτυξε επίσης έναν ελαφρώς διαφορετικό συνδυασμό παραγόντων μεταγραφής για την άμεση μετατροπή ανθρώπινων κυττάρων, αν και με χαμηλότερη απόδοση — μεταξύ 10 και 30 τοις εκατό. Αυτή η διαδικασία διαρκεί περίπου πέντε εβδομάδες, ελαφρώς ταχύτερα από τη μετατροπή σε iPSCs και στη συνέχεια σε νευρώνες.

Εμφύτευση κυττάρων

Αφού εντόπισαν τον βέλτιστο συνδυασμό γονιδίων, οι ερευνητές άρχισαν να εργάζονται για τις καλύτερες μεθόδους παράδοσης, που ήταν το επίκεντρο της δεύτερης μελέτης στο Cell Systems. Δοκίμασαν τρεις διαφορετικούς ιούς και βρήκαν ότι ένας ρετροϊός πέτυχε τον πιο αποδοτικό ρυθμό μετατροπής.

Προοπτικές για το μέλλον

Η ομάδα του MIT ελπίζει να αυξήσει την απόδοση αυτής της διαδικασίας για την ανθρώπινη κυτταρική μετατροπή, γεγονός που θα μπορούσε να επιτρέψει τη μαζική παραγωγή νευρώνων για τη θεραπεία τραυματισμών στη σπονδυλική στήλη ή ασθενειών όπως η ALS. Οι κλινικές δοκιμές που χρησιμοποιούν νευρώνες από iPSCs για τη θεραπεία της ALS είναι ήδη σε εξέλιξη, αλλά η αύξηση του αριθμού των διαθέσιμων κυττάρων θα μπορούσε να διευκολύνει τη δοκιμή και την ανάπτυξή τους για ευρύτερη χρήση.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το National Institute of General Medical Sciences και το National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program.