Matične ćelije su posebne vrste ćelija u našem telu koje mogu postati bilo koja druga vrsta ćelija. Imaju ogroman potencijal za medicinu, a trenutno su u toku ispitivanja pomoću matičnih ćelija za zamenu oštećenih ćelija kod bolesti poput Parkinsonove bolesti.
Jedan od načina za dobijanje matičnih ćelija je iz ljudskih embriona, ali to ima etičke probleme i praktična ograničenja. Drugi način je pretvaranje odraslih ćelija sa kože ili negde drugde u ono što se naziva „indukovane pluripotentne matične ćelije“ (iPS ćelije).
Međutim, ove ćelije ponekad nose „sećanje“ na vrstu ćelija koje su nekada bile, što ih može učiniti manje predvidljivim ili efikasnim kada pokušamo da ih pretvorimo u druge tipove ćelija.
Pronašli smo način da izbrišemo ovu memoriju, da učinimo da iPS ćelije funkcionišu više kao embrionalne matične ćelije. Naša studija je objavljena u časopisu Nature.
Zrele, specijalizovane ćelije poput ćelija kože mogu se reprogramirati u iPS ćelije u laboratoriji. Ove ćelije „praznog lista“ pokazuju veliko obećanje u regenerativnoj medicini, polju fokusiranom na ponovno rast, popravku ili zamenu oštećenih ili obolelih ćelija, organa ili tkiva.
Naučnici mogu da naprave iPS ćelije od sopstvenog tkiva pacijenta, tako da postoji manji rizik da će imuni sistem pacijenta odbaciti nove ćelije.
Da uzmemo primer, iPS ćelije se testiraju za stvaranje ćelija pankreasa koje proizvode insulin kako bi pomogle ljudima sa dijabetesom. Još nismo tamo, ali to je primer onoga što bi moglo biti moguće.
Istraživanje korišćenjem iPS ćelija je polje koje brzo napreduje, ali ostaju mnogi tehnički izazovi. Naučnici još uvek smišljaju kako da bolje kontrolišu koji tipovi ćelija postaju iPS ćelije i obezbede da je proces bezbedan.
Jedan od ovih tehničkih izazova je „epigenetsko pamćenje“, gde iPS ćelije zadržavaju tragove tipa ćelije koji su nekada bili.
Da bismo razumeli „epigenetsko pamćenje“, hajde da prvo razgovaramo o epigenetici. Naša DNK nosi niz instrukcija poznatih kao geni. Kada različiti faktori utiču na aktivnost gena (uključujući ih ili isključujući ih) bez promene same sekvence DNK, to je poznato kao epigenetika – što doslovno znači „iznad genetike“.
Epigenom ćelije je zbirni termin koji opisuje sve epigenetske modifikacije u ćeliji. Svaka naša ćelija sadrži istu DNK, ali epigenom kontroliše koji geni se uključuju ili isključuju, što određuje da li će postati srčana ćelija, ćelija bubrega, ćelija jetre ili bilo koji drugi tip ćelije.
Možete zamisliti DNK kao kuvar, a epigenom kao skup obeleživača. Obeleživači ne menjaju recepte, ali određuju koji se koriste.
Slično tome, epigenetičke oznake vode ćelije da tumače genetski kod bez promene.
Kada reprogramiramo zrelu ćeliju u iPS ćeliju, želimo da izbrišemo sve njene „obeleživače“. Međutim, ovo ne funkcioniše uvek u potpunosti. Kada neki obeleživači ostanu, ova „epigenetska memorija“ može uticati na ponašanje iPS ćelija.
IPS ćelija napravljena od ćelije kože može zadržati delimično „pamćenje“ da je ćelija kože, zbog čega je veća verovatnoća da će se ponovo pretvoriti u ćeliju nalik koži i manje je verovatno da će se pretvoriti u druge tipove ćelija. To je zato što neke od epigenetskih oznaka DNK mogu reći ćeliji da se ponaša kao ćelija kože.
Ovo može biti prepreka za korišćenje iPS ćelija jer može uticati na proces pretvaranja iPS ćelija u tipove ćelija koje želite. To takođe može uticati na funkciju ćelija kada se naprave. Ako želite da koristite iPS ćelije za popravku pankreasa, ali ćelije imaju „pamćenje“ da su ćelije kože, možda neće funkcionisati tako dobro kao prave ćelije pankreasa.
Prevazilaženje pitanja epigenetskog pamćenja u iPS ćelijama je opštepriznat izazov za regenerativnu medicinu.
Proučavajući kako se epigenom transformiše kada reprogramiramo odrasle ćelije kože u iPS ćelije, otkrili smo novi način reprogramiranja ćelija koji potpunije briše epigenetsku memoriju. Do ovog otkrića smo došli reprogramiranjem ćelija koristeći metodu koja imitira kako se epigenom ćelija embriona prirodno resetuje.
Tokom ranog razvoja embriona, pre nego što se implantira u matericu, epigenetske oznake nasleđene od spermatozoida i jajnih ćelija se u suštini brišu. Ovo resetovanje omogućava ranim ćelijama embriona da počnu sveže i postanu bilo koji tip ćelije kako embrion raste i razvija se.
Uvođenjem koraka tokom procesa reprogramiranja koji nakratko oponaša ovaj proces resetovanja, napravili smo iPS ćelije koje su više poput embrionalnih matičnih ćelija nego konvencionalnih iPS ćelija.
Efikasnije epigenetsko brisanje memorije u iPS ćelijama će poboljšati njihov medicinski potencijal. To će omogućiti iPS ćelijama da se ponašaju kao „prazne ploče“ poput embrionalnih matičnih ćelija, što će im omogućiti da se transformišu u bilo koji željeni tip ćelije.
Ako iPS ćelije mogu da zaborave svoje prošle identitete, mogu pouzdanije da postanu bilo koja vrsta ćelija i pomognu u stvaranju specifičnih ćelija potrebnih za terapije, kao što su nove ćelije koje proizvode insulin za nekoga sa dijabetesom, ili neuronske ćelije za nekoga sa Parkinsonovom bolešću. Takođe bi moglo da smanji rizik od neočekivanog ponašanja ili komplikacija kada se iPS ćelije koriste u medicinskim tretmanima.
