Ważny krok w badaniu komórek macierzystych. Organoidy będą jeszcze lepsze

Komórki macierzyste to przyszłość medycyny regeneracyjnej, która może utorować drogę do spersonalizowanych narządów do przeszczepów. Teraz naukowcy zrobili ważny krok w stronę realizacji tego celu.
Komórki macierzyste – zdjęcie ilustracyjne /Fot. Pixabay
Komórki macierzyste – zdjęcie ilustracyjne /Fot. Pixabay

Komórki macierzyste to rodzaj komórek, które są obdarzone jednocześnie dwiema zdolnościami: mogą potencjalnie dzielić się bez końca i różnicować się w komórki innych typów. Ze względu na zdolność do różnicowania komórki macierzyste dzieli się na: totipotencjalne (występują w zygocie i mogą stworzyć cały organizm – w tym listki zarodkowe); pluripotencjalne (mogą różnicować się w każdy typ komórek dorosłego organizmu – różnicują się w obrębie listków zarodkowych); multipotencjalne (mogą dać początek kilku różnym typom komórek, z reguły o podobnych właściwościach) i unipotencjalne (mogą dać początek komórkom tylko jednego typu).

Najciekawsze pod kątem badań naukowych są komórki pluripotencjalne, które w ciągu dni lub tygodni (w zależności od organizmu) stają się komórkami wyspecjalizowanymi, tracąc swoje właściwości.  Komórki pluripotencjalne w młodym zarodku dają początek endodermie, mezodermie i ektodermie. Endoderma tworzy jelita, mezoderma – mięśnie, kości i krew, a ektoderma – układ nerwowy. Możliwe jest “cofnięcie” dorosłych komórek w rozwoju do stadium pluripotencji – mówimy wtedy o tzw. indukowanych pluripotencjalnych komórkach macierzystych.

Komórki macierzyste wykazują ogromny potencjał regeneracyjny, bo teoretycznie są w stanie przeobrazić się w dowolne komórki naszego organizmu. Sporym problemem dla naukowców jest nieumiejętność odtworzenia czynników, które decydują o tym, że dane komórki tworzą dane narządy w embrionach.  Naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego sugerują, że do tej pory w hodowlach komórkowych pomijano ważny krok, być może tym samym przeoczając inny rodzaj komórek macierzystych.

Martin Proks, jeden z głównych autorów badania z Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine na Uniwersytecie Kopenhaskim (reNEW), mówi:

Mówiąc najprościej, w wielu ostatnich badaniach próbowano stworzyć jelito z komórek macierzystych w naczyniu. My znaleźliśmy nowy sposób, aby to zrobić, – sposób, który podąża za różnymi aspektami tego, co dzieje się w zarodku. Znaleźliśmy nową drogę, którą wykorzystuje zarodek i opisaliśmy etap pośredni, który różne typy komórek macierzystych mogą wykorzystać do stworzenia jelita i innych organów.

Jak odkryto nowe komórki macierzyste?

W toku badań, Duńczycy odkryli i opisali pozazarodkowe komórki endodermy, które przyczyniają się do rozwoju narządów związanych z układem pokarmowym. Odkrycie to może ułatwić tworzenie organoidów, czyli miniorganów często wykorzystywanych do testowania nowych leków czy terapii.

Prof. Joshua Brickman z reNEW wyjaśnia:

Zidentyfikowaliśmy alternatywną drogę, którą komórki pozazarodkowe mogą wykorzystać do wytworzenia narządów jelitowych w zarodku. Następnie pobraliśmy pozazarodkowe komórki macierzyste endodermy i rozwinęliśmy je w struktury przypominające jelita w naczyniu hodowlanym. To ważne osiągnięcie, bo do niedawna zakładano, że komórki te pomagają w rozwoju zarodka, a potem znikają i nie mają nic wspólnego z dorosłym ciałem. W tej pracy odkryliśmy, że jeśli pokierujemy te komórki nową, alternatywną drogą, to faktycznie będą one tworzyć struktury organoidalne.

Udało się zidentyfikować wszystkie komórki potencjalnie odpowiedzialne za tworzenie organów związanych z układem pokarmowym, tj. wątroby, trzustki, płuc czy jelit. Zebrano ogromne ilości danych, których przetworzenie w normalnych warunkach nie byłoby możliwe, dlatego zaczerpnięto pomocy fizyków z Instytutu Nielsa Bohra. Naukowcy chcieli sprawdzić, czy alternatywna ścieżka może doprowadzić do wytworzenia funkcjonalnych narządów. 

Michaela Rothova, jedna z autorek badania, podsumowuje:

Wykorzystaliśmy te komórki macierzyste do wytworzenia w szalce struktur przypominających organy jelitowe. Wyniki badań sugerują, że obie drogi mogą działać. Wykorzystanie alternatywnej drogi może pomóc wyhodowanym w laboratorium komórkom w tworzeniu funkcjonalnych komórek oraz w leczeniu i badaniu chorób.

Przeprowadzone eksperymenty są obiecujące, ale przed biologami jeszcze dużo pracy. Jak przyznają sami autorzy, nie do końca udało się osiągnąć postawiony cel, bo m.in. odnotowano problemy z dojrzewaniem komórek. To wszystko da się jednak dopracować, choć na organy do przeszczepów z probówek trzeba będzie jeszcze trochę poczekać.