U zajedničkoj studiji, istraživači sa Univerziteta Kjušu i Medicinskog fakulteta Harvard identifikovali su proteine koji mogu da pretvore ili „reprogramiraju“ fibroblaste – ćelije koje se najčešće nalaze u koži i vezivnom tkivu – u ćelije sa sličnim svojstvima kao ćelije progenitor udova. Objavljujući u Developmental Cell, nalazi istraživača su poboljšali naše razumevanje razvoja udova i postavili su teren za regenerativnu terapiju u budućnosti.
Globalno, blizu 60 miliona ljudi živi sa gubitkom udova. Amputacije mogu biti rezultat različitih zdravstvenih stanja kao što su tumori, infekcije i urođene mane, ili zbog traume od industrijskih nesreća, saobraćajnih nesreća i prirodnih katastrofa kao što su zemljotresi. Ljudi sa povredama ekstremiteta često se oslanjaju na sintetičke materijale i metalne proteze, ali mnogi istraživači proučavaju proces razvoja udova, sa ciljem da se regenerativna terapija, ili zamena prirodnog tkiva, približi kao potencijalni tretman.
„Tokom razvoja udova u embrionu, ćelije progenitor udova u pupoljku ekstremiteta stvaraju većinu različitih tkiva ekstremiteta, kao što su kosti, mišići, hrskavica i tetiva. Zbog toga je važno uspostaviti lak i pristupačan način stvaranja ovih ćelija, “ objašnjava dr Iuji Atsuta, vodeći istraživač koji je počeo da se bavi ovim projektom na Medicinskom fakultetu Harvarda i nastavlja kao predavač na Fakultetu nauka Univerziteta Kjušu.
Trenutno je uobičajen način dobijanja progenitornih ćelija ekstremiteta direktno iz embriona, što – u slučaju ljudskih embriona – izaziva etičku zabrinutost. Alternativno, mogu se napraviti korišćenjem indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija — odraslih ćelija koje se reprogramiraju u stanje slično embrionu, a kasnije se mogu nagovoriti u specifične tipove tkiva.
Nova metoda koju su razvili Atsuta i kolege, koja direktno reprogramira ćelije fibroblasta u ćelije progenitore ekstremiteta i zaobilazi indukovane pluripotentne matične ćelije, pojednostavljuje proces i smanjuje troškove. Takođe ublažava zabrinutost da ćelije postaju kancerogene, što se često dešava kod indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija.
U početnoj fazi studije, istraživači su pogledali koji su geni eksprimirani u ranim pupoljcima udova kod miševa i pilećih embriona. Skoro sve ćelije u telu, uključujući fibroblaste i progenitorske ćelije ekstremiteta, sadrže identičnu genomsku DNK, ali različita svojstva i funkcije svakog tipa ćelije se javljaju tokom razvoja usled promena u ekspresiji gena (drugim rečima, koji geni su aktivni, a koji proteine proizvodi ćelija). Jedan od načina na koji se ekspresija gena kontroliše u ćelijama su specifični proteini, koji se nazivaju faktori transkripcije.
Istraživačka grupa je identifikovala 18 gena, uglavnom faktora transkripcije, koji su više eksprimirani u ranom pupoljku ekstremiteta u poređenju sa drugim tkivima. Uzgajali su fibroblaste iz mišjih embriona i uveli ovih 18 gena u fibroblaste koristeći virusne vektore tako da su ćelije proizvele ovih 18 proteinskih faktora. Otkrili su da su modifikovani fibroblasti poprimili svojstva i pokazali sličnu ekspresiju gena kao prirodne ćelije progenitor udova koje se nalaze u pupoljcima ekstremiteta.
Zatim, tokom serije eksperimenata, istraživači su suzili svoj izbor i utvrdili da su samo tri proteinska faktora neophodna za reprogramiranje fibroblasta miša u ćelije slične progenitorima ekstremiteta: Prdm16, Zbtb16 i Lin28a. Četvrti protein, Lin41, pomogao je kultivisanim progenitorskim ćelijama udova da rastu i brže se razmnožavaju.
Istraživači ne samo da su potvrdili da reprogramirane progenitorske ćelije udova imaju sličnu ekspresiju gena kao prirodne ćelije progenitor udova, već i da imaju sličnu sposobnost.
„Ove reprogramirane ćelije nisu samo molekularne imitacije; potvrdili smo njihov potencijal da se razviju u specijalizovana tkiva udova, kako u laboratorijskim posudama (in vitro), tako iu živim organizmima (in vivo)“, kaže Atsuta. „Testiranje in vivo je bilo posebno izazovno, jer smo morali da transplantiramo reprogramirane ćelije miša u pupoljke udova pilećih embriona.“
U ovim eksperimentima, istraživači su koristili lentiviruse, koji ubacuju gene direktno u genom zaraženih ćelija, povećavajući rizik da ćelije mogu postati rak. Umesto toga, tim razmatra druge sigurnije vektore, kao što su adeno-povezani virusi ili plazmidi, koji isporučuju gene ćelijama bez umetanja gena u genom.
Atsutina laboratorijska grupa sada pokušava da primeni ovu metodu na ljudske ćelije, za buduću terapijsku primenu, kao i na zmije, čiji su preci imali udove koji su kasnije izgubljeni tokom evolucije.
„Zanimljivo je da su reprogramirane ćelije progenitor udova generisale organoide nalik pupoljcima ekstremiteta, tako da se čini da je moguće generisati tkiva udova kod vrsta koje ih više ne poseduju. Proučavanje zmija bez udova može otkriti nove puteve i znanja u razvojnoj biologiji.“
