Znanstvenici pretvaraju stanice kože u neurone

Pretvaranje jedne vrste stanica u drugu, na primjer, stanica kože u neuron, može se izvesti kroz proces koji zahtijeva da se stanica kože inducira u "pluripotentnu" matičnu stanicu, a zatim diferencira u neuron. Istraživači s MIT-a osmislili su pojednostavljeni proces koji zaobilazi fazu matičnih stanica, pretvarajući stanicu kože izravno u neuron.

Radeći s mišjim stanicama, istraživači su razvili metodu pretvorbe koja je vrlo učinkovita i može proizvesti više od 10 neurona iz jedne stanice kože. Ako se replicira u ljudskim stanicama, ovaj bi pristup mogao omogućiti stvaranje velikih količina motornih neurona, koji bi se potencijalno mogli koristiti za liječenje pacijenata s ozljedama leđne moždine ili bolestima koje oštećuju pokretljivost.

Kao prvi korak prema razvoju ovih stanica kao terapije, istraživači su pokazali da mogu generirati motorne neurone i usaditi ih u mozgove miševa, gdje se integriraju s tkivom domaćina.

"Često je jedan od izazova u reprogramiranju to što stanice mogu zapeti u međustanjima", kaže Katie Galloway, profesorica u biomedicinskom i kemijskom inženjerstvu i glavna autorica dva znanstvena rada objavljena u časopisu Cell. "Dakle, koristimo izravnu konverziju, gdje umjesto da prolazimo kroz iPSC intermedijer, idemo izravno iz somatske stanice u motorni neuron."

Njena istraživačka skupina i drugi već su demonstrirali ovu vrstu izravne pretvorbe, ali s vrlo niskim prinosima, manjim od 1 posto. U prethodnom radu Galloway je koristila kombinaciju šest transkripcijskih faktora plus dva druga proteina koji stimuliraju staničnu proliferaciju. Svaki od tih osam gena isporučen je korištenjem zasebnog virusnog vektora, što je otežavalo osigurati ekspresiju svakog na ispravnoj razini u svakoj stanici.

U prvom od novih radova, Galloway i njezini studenti izvijestili su o načinu usmjeravanja procesa tako da se stanice kože mogu pretvoriti u motorne neurone koristeći samo tri faktora transkripcije, plus dva gena koji tjeraju stanice u visoko proliferativno stanje.

Koristeći mišje stanice, istraživači su započeli s originalnih šest transkripcijskih faktora i eksperimentirali s njihovim izbacivanjem, jednog po jednog, sve dok nisu došli do kombinacije tri, NGN2, ISL1 i LHX3, koji bi mogli uspješno dovršiti pretvorbu u neurone.

Nakon što se broj gena smanjio na tri, istraživači su mogli koristiti jedan modificirani virus za isporuku sva tri, omogućujući im da osiguraju da svaka stanica izražava svaki gen na ispravnim razinama.

Koristeći zasebni virus, istraživači su također isporučili gene koji kodiraju p53DD i mutiranu verziju HRAS-a. Ovi geni tjeraju stanice kože da se dijele mnogo puta prije nego što se počnu pretvarati u neurone, što omogućuje puno veći prinos neurona, oko 1100 posto.

Istraživači su također razvili malo drugačiju kombinaciju faktora transkripcije koja im je omogućila da izvrše istu izravnu konverziju pomoću ljudskih stanica, ali s nižom stopom učinkovitosti, između 10 i 30 posto. Ovaj proces traje oko pet tjedana, što je malo brže od prvo pretvaranja stanica u iPSC, a zatim njihovog pretvaranja u neurone.

Nakon što su istraživači identificirali optimalnu kombinaciju gena za isporuku, počeli su raditi na najboljim načinima za njihovu isporuku, što je bio fokus drugog rada o staničnom sustavu.

Isprobali su tri različita virusa za isporuku i otkrili da je retrovirus postigao najučinkovitiju stopu konverzije. Smanjenje gustoće stanica uzgojenih u posudi također je pomoglo u poboljšanju ukupnog prinosa motornih neurona. Ovaj optimizirani proces, koji traje oko dva tjedna u mišjim stanicama, postigao je prinos veći od 1000 posto.

Radeći s kolegama sa Sveučilišta u Bostonu, istraživači su potom testirali mogu li se ti motorički neuroni uspješno ugraditi u miševe. Isporučili su stanice u dio mozga poznat kao strijatum, koji je uključen u motoričku kontrolu i druge funkcije.

Nakon dva tjedna, istraživači su otkrili da su mnogi neuroni preživjeli i da se činilo da stvaraju veze s drugim moždanim stanicama. Kada su uzgajane u posudi, te su stanice pokazale mjerljivu električnu aktivnost i signaliziranje kalcija, što ukazuje na sposobnost komunikacije s drugim neuronima. Istraživači se sada nadaju da će istražiti mogućnost ugradnje tih neurona u leđnu moždinu.

Tim MIT-a također se nada da će povećati učinkovitost ovog procesa za pretvorbu ljudskih stanica, što bi moglo omogućiti stvaranje velikih količina neurona koji bi se mogli koristiti za liječenje ozljeda leđne moždine ili bolesti koje utječu na motoričku kontrolu, kao što je ALS.

Klinička ispitivanja koja koriste neurone izvedene iz iPSC-a za liječenje ALS-a sada su u tijeku, ali povećanje broja stanica dostupnih za takve tretmane moglo bi olakšati njihovo testiranje i razvoj za širu upotrebu kod ljudi, kaže Galloway.