Kamieninės ląstelės: ateities medicinos stebuklas

Viena didžiausių vilčių šiuolaikinėje medicinoje – kamieninės ląstelės, iš kurių jau po kelerių metų tikimasi išauginti įvairius audinius ir netgi organus.

Nuolat pasigirsta kalbų apie šių ląstelių taikymą ir jų tiesiog stebuklingas savybes, gydant pačias sunkiausias patologijas. Pavyzdžiui, Parkinsono arba Alzhaimerio ligas. Kalbama, jog kamieninių embrioninių ląstelių terapija jau taikoma Kinijoje ir kitur. Tačiau kaip yra iš tiesų?

Naudojamės proga pasidalyti su jumis naujausiomis žiniomis apie šių ląstelių gydančiąsias savybes ir

jų taikymą klinikoje, kalbėdamiesi su dvidešimt metų šioje srityje dirbančiu italų mokslininku Michele De Luca. Profesorius lankėsi šiųmetiniame mokslo festivalyje „Erdvėlaivis Žemė“, kur skaitė paskaitą apie savo sukurtus gydymo metodus ir kamieninių ląstelių tyrimų tendencijas pasaulyje.

Nemažai žmonių vis dar mano, kad gamtoje egzistuoja tik vienos rūšies kamieninės ląstelės, išskiriamos iš žmogaus embrionų. Tai netiesa.

„Dirbame su somatinėmis kamieninėmis ląstelėmis – t.y. ląstelėmis iš suaugusių žmonių. Ypač su epitelio kamieninėmis ląstelėmis. Iš šių kamieninių ląstelių susiformuoja visi audiniai, dengiantys mūsų kūną. Oda, ragena, šlaplė. Mes dirbame su epidermio, arba odos ląstelėmis ir su ragenos kamieninėmis ląstelėmis. Dirbdami su ragena, sukūrėme ląstelių terapijos procedūrą. Jau galime regeneruoti didžiąją ragenos dalį, sunaikintą, pavyzdžiui, dėl cheminio akies nudegimo. Kai neįmanoma panaudoti kito gydymo metodo, atkuriame rageną, naudodami kamienines ląsteles“, – sako biochemikas M. de Luca

Regeneracinės medicinos centro Modenos ir Redžijo Emilijos universitete mokslininkai prieš keliolika metų pradėjo tyrimus, naudodami epidermio kamienines ląsteles odos nudegimams gydyti. Dabar jie žengia dar toliau – kuria genų terapijos metodus.

„Genetiškai modifikuojame epidermio kamienines ląsteles, kad galėtume gydyti itin sunkias Odos ligas – tokias kaip epidermolysis burlosa, kitaip vadinamą vaikų drugelio liga. Vaikai netenka odos dėl įgimto genų defekto. Mes atliekame pirmosios ir antrosios fazės klinikinius tyrimus su genetiškai modifikuotomis epidermio kamieninėmis ląstelėmis, gydydami specifinę minėtos ligos formą“, – tikina M. de Luca.

Prieš gilinantis į šių tyrimų subtilybes svarbu suprasti, kad kamieninės ląstelės gali būti kelių rūšių. Nuo to priklauso, ką iš jų įmanoma išauginti. Nemažai žmonių vis dar mano, kad gamtoje egzistuoja tik vienos rūšies kamieninės ląstelės, išskiriamos iš žmogaus embrionų. Tai netiesa.

„Turime daug įvairių kamieninių ląstelių. Pirmoji kamieninė ląstelė, kuri buvo išskirta ir išsamiai tiriama, buvo kraujo kamieninė ląstelė. Taigi somatinė arba kūno kamieninė ląstelė. Iš šios ląstelės gaminasi kraujo ląstelės. Epidermio kamieninė ląstelė pradėta tirti vėliau. Tik palyginti neseniai žmonės ėmė tyrinėti embrionines ląsteles“, – priduria M. de Luca.

Vienintelė kamieninė ląstelė, galinti virsti bet kuriuo kūno audiniu natūraliomis sąlygomis, yra embrioninė. Kai į moterišką lytinę ląstelę – kiaušiąlastę – patenka spermatozoidas, ji apvaisinama ir ima dalytis. Po kelių dienų susiformuoja blastocista, kurioje yra embrioninių kamieninių ląstelių sankaupa.

Tai – vadinamosios pluripotentinės kamieninės ląstelės. Būtent iš jų formuojasi visi būsimo individo audiniai ir organai. Tokias ląsteles iš principo galima paversti bet kokia kita kūno ląstele. Tačiau embrionui vystantis ląstelės sparčiai specializuojasi ir praranda arba „užmiršta“ unikalią savybę pavirsti bet kuria kita ląstele.

„Kiekvienas audinys, ypač audinys, kuris dažnai atsinaujina, turi somatinių kamieninių ląstelių. Pavyzdžiui, mūsų kraujas atsinaujina, regeneruojasi kas tris mėnesius, oda – kas mėnesį. Mes per mėnesį visiškai pakeičiame savo odą. Ragena atsinaujina per šešis–septynis mėnesius. Embrioninės kamieninės ląstelės gali pavirsti bet kokiu audiniu, o somatinės kamieninės ląstelės atkuria tik tos rūšies ląsteles, kur jos yra“, – sako biochemikas.

Taigi norint išauginti neuronus, tą galima padaryti tik iš embrioninių kamieninių ląstelių. Neįmanoma jų išauginti, tarkime, iš kamieninių kraujo ląstelių. Tiesa, 2015 metų gegužę pranešta, jog Kanados mokslininkų grupei visgi pavyko kraujo ląsteles paversti centrinės ir periferinės nervų sistemos neuronais.

„Klinikinėje praktikoje šiuo metu kol kas naudojamos tik kraujo kamieninės ląstelės. Jos išskiriamos iš kaulų čiulpų ir naudojamos leukemijai gydyti. Ir epitelio ląstelės, ką jau esu minėjęs. Dabar pasaulyje atliekami keli klinikiniai tyrimai, naudojant embrionines kamienines ląsteles. Jos skatinamos diferencijuotis į vieną ar kitą audinį. Taip galima išauginti neuroną, raumenį ar dar ką nors. Ir tuomet jas naudoti gydymui. Tačiau kol kas atliekami tik pirmosios ir antrosios stadijos klinikiniai tyrimai tinklainei ir Parkinsono ligai gydyti“, – pasakoja M. de Luca.

Trečiasis kamieninių ląstelių tipas, kuriuo galime naudotis, vadinamas indukuotomis pluripotentinėmis kamieninėmis ląstelėmis. Jas sukūrė japonų mokslininkas Shinya Yamanaka, už tai kartu su britu Johnu Gurdonu 2012 metais pelnęs Nobelio premiją.

Tai yra perprogramuotos somatinės, arba suaugusios odos ląstelės – fibroblastai, paversti į ląsteles, panašias i embrionines kamienines ląsteles. Jos Japonijoje naudojamos tinklainės atkūrimo gydymo klinikiniuose tyrimuose.

„Galima padidinti įvairių somatinių perprogramavimo efektyvumą, naudojant epigenetikos metodus, pavyzdžiui, DNR metilinimą ir demetilinimą. Tačiau iš esmės naudojami genetiniai perprogramavimo metodai. Mes žinojome tai anksčiau. Septintame XX a. dešimtmetyje mokslininkas Johnas Gurdonas sugebėjo išauginti varles, perprogramavęs somatinės ląstelės branduolį. Paėmęs suaugusios odos ląstelės branduolį, jis įkėlė jį į moteriškos lytinės ląstelės – ovocito – citoplazmą. Ovocitas visiškai perprogramavo odos ląstelės branduolį ir implantavus tokią ląstelę į varlę, gimė varlės“, – laidai „Mokslo ekspresas“ pasakoja M. de Luca.

Shinya Jamanaka pasielgė kitaip. Jis surado, kurie embrioninės ląstelės genai gali perprogramuoti somatinę ląstelę ir paversti ją pluripotentine – t.y. sugrąžinti į embrioninę būseną. Paaiškėjo, jog pakanka įvesti keturis genus. Tačiau tokios ląstelės gan lengvai gali virsti ir vėžinėmis. Be to, jos greičiau sensta. Gamtą vis dar sunku sutramdyti.

„Perprogramuoti galima beveik visas ląsteles. Epidermio, odos ląsteles. Limfocitus, neuronus. Tačiau reikia būti atsargiam – tai perprogramavimas. Tai ne plastiškumas. Kitais žodžiais tariant, jeigu paimsime kamienines odos ląsteles ir įkelsime jas į smegenis – jos nepavirs smegenų ląstelėmis“, – aiškina mokslininkas.

Tačiau genetiškai modifikavus epidermio kamienines ląsteles, įkėlus perprogramavimo genus, galima gauti panašias į embrionines kamienines ląsteles. Vienoje iš laidų kalbėjome apie naujausią ir labai efektyvų genomų redagavimo metodą CRISPR. Jis irgi turėtų mokslininkams palengvinti somatinių ląstelių transformaciją.

„Tai – metodas, kuriuo galima atlikti genų montažą. Pavyzdžiui, pakoreguoti genų defektus, išmesti kai kuriuos genus. Naudojant genų rekombinacijos metodus, galite įvesti genus į reikiamas genomo vietas. Tai metodas genetiškai modifikuoti genomą, kuris gali būti ateityje naudojamas daugelyje sričių. Ne tik fundamentiniuose tyrimuose, bet ir gydant įvairias genetines ligas“, – aiškina M. de Luca.

Viena yra embrionines kamienines ląsteles paversti neuronais. Antra – tai galimybė panaudoti perprogramuotas kamienines ląsteles, paverčiant jas neuronais. Italijos mokslininkai savo gydymo procedūrose irgi naudoja odos arba ragenos kamienines ląsteles.

„Nusideginus odą arba pažeidus akis, netenkame epidermio dėl fizinio jo suardymo. Netenkame su visomis jame buvusiomis kamieninėmis ląstelėmis. Tačiau netgi tokiu atveju pažeidimo vietoje lieka šiek tiek odos. Taip pat ir akyje. Tokiu atveju galime paimti nedidelę biopsiją iš nesunaikintos odos arba akies zonos, kur dar yra likusių kamieninių ląstelių, ir laboratorijoje padauginti tų ląstelių. Iš jų išauginami odos arba ragenos gabalėliai, kuriuos vėliau galime implantuoti pažeistoje paciento kūno vietoje“, – sako M. de Luca.

Transplantacijai naudojamos tik autologinės – pacientų – ląstelės, kadangi donorų ląsteles organizmas paprastai atmeta. Šis Europoje pripažintas gydymo metodas pavadintas HOLOCLAR terapija. Jis naudojamas jau 15 metų, juo išgydyta beveik 350 pacientų.

„Šį metodą, kurį iš pradžių taikėme vienoje ligoninėje, pavertėme produktu, kuris dabar jau yra visuotinai pripažintas gydymo metodas. Visos šios ląstelių kultūros yra vaistai. Jeigu norite šį vaistą naudoti, reikia jį užregistruoti Europos medicinos agentūroje Londone. Mes tai padarėme ir gavome patvirtinimą. Tai pirmasis formalus kamieninių ląstelių terapija pagrįstas gydymo produktas, aprobuotas Europoje“, – pasakoja M. de Luca.

Lietuvoje klinikiniai darbai su kamieninėmis ląstelėmis prasidėjo 1999 metais, atlikus pirmąsias kaulų čiulpų transplantacijas. Iš vieno paciento paimtos kamieninės ląstelės buvo sėkmingai perkeltos kitam žmogui. Taip pavyko atkurti paciento kraujodaros sistemą.

„Ši sritis plačiai vystosi ir Lietuvoje. Jau yra susikūręs kamieninių ląstelių tyrimų branduolys, į kurį įeina Santariškių ligoninė, Inovatyvios medicinos centras, kompanija „Biotechpharma“ ir Kamieninių ląstelių tyrimų centras, kurie atlieka įvairius tyrimus su kamieninėmis ląstelėmis. Su mezenchiminėmis kamieninėmis ląstelėmis ir su kaulų, riebalinio audinio ląstelėmis ir įvairių kitų ląstelių tipais“, – pasakoja biochemikas dr. Algirdas Žiogas

Siekiama kamienines ląsteles pritaikyti įvairioms ligoms gydyti. Pavyzdžiui, atkurti infarktą patyrusios širdies funkcijas, kitus organus. Ląstelės išskiriamos iš įvairių žmogaus audinių. Tačiau jeigu iš vienos embrioninės kamieninės ląstelės galima išauginti visus 220 žmogaus ląstelių tipų, iš mezenchiminių įmanoma gauti tik 3–4 tipus: kaulinio, kremzlinio arba riebalinio audinio ląsteles. Yra duomenų, kad iš danties pulpos mezenchiminių ląstelių galima išauginti neuronus ir tie darbai sėkmingai vystomi Inovatyvios medicinos centre.

„Taip pat yra ląstelės, išskiriamos iš riebalinio audinio, arba ląstelės, išskiriamos iš širdies. Šiuo atveju galime paimti ląsteles, kurios galėtų duoti pradžią tiek raumeniniam audiniui, tiek kraujagyslėms. Būtent ši sritis labai svarbi, kadangi pasaulyje kas 30 sekundžių nuo infarkto miršta vienas žmogus. Norint tokiems žmonėms padėti, kuriamos technologijos, kad pasitelkus kamienines ląsteles atstatyti pažeistą audinį“, – „Mokslo ekspresui“ pasakoja A. Žiogas.

Mūsų šalyje, kurioje taip pat atliekamos širdies transplantacijos ir kitos širdies operacijos, tokie darbai išgelbėtų ne vieno paciento gyvybę. Mokslininkai dirba dviem pagrindinėmis kryptimis, naudodami dvi strategijas.

„Mūsų organizme yra tokių kamieninių ląstelių. Tereikia išmokti jas pritraukti į pažeidimo vietą, kad atsistatytų širdies raumuo arba kraujotaka. Kita kryptis – galime išskirti tas kamienines ląsteles, jas padauginti ir tokiu būdu jas įvesti pacientui“, – tikina A. Žiogas.

Neseniai žurnaluose „Science” ir „Nature“ buvo paskelbta, jog kamieninės ląstelės atrastos ir širdyje. Tai buvo įrodyta, išradingai panaudojus radioaktyviosios anglies datavimo metodą. Kaip žinia, jis naudojamas archeologijoje, nustatant iškasenų kilmę. Poligonuose sprogdinant atomines bombas Šaltojo karo metais, į atmosferą išsiskirdavo nemažai radioaktyviojo anglies izotopo.

Neseniai žurnaluose „Science” ir „Nature“ buvo paskelbta, jog kamieninės ląstelės atrastos ir širdyje. Tai buvo įrodyta, išradingai panaudojus radioaktyviosios anglies datavimo metodą.

Tuo metu gimę žmonės šio izotopo turi daugiau nei kiti. Atliekant tyrimus su tokių „pažymėtų” žmonių širdies ląstelėmis paaiškėjo, kad jų širdyje yra ir naujai susiformavusių kardiomiocitų.

„Mūsų širdyje iki 25 metų amžiaus kasmet atsinaujina vienas procentas ląstelių. Senstant tie procesai labai sulėtėja. Todėl atsinaujina tik 0,25 proc. Tai yra tas potencialas, kurį galime panaudoti. Žinodami, kad yra tokios ląstelės, suprasdami jų biologiją ir funkcijas, galime bandyti tas ląsteles pritraukti į širdies pažeistą vietą ir tokiu atveju tos širdies ląstelės galėtų atstatyti pažeistą širdies audinį“, – aiškina A. Žiogas.

Kiekvienas kamieninių ląstelių tyrimų klasterio narys gali naudotis naujojo kamieninių ląstelių tyrimo centro infrastruktūra. Taip pat planuojama sukurti audinių banką. Pavyzdžiui, virkštelės kraujo ar kito audinio ląstelės bus užšaldomos ir naudojamos įvairioms ligoms gydyti. Kamieninės ląstelės bus dauginamos tokiuose bioreaktoriuose. Numatomi ir bendri darbai su užsienio kompanijomis, atliksiančiomis klinikinius tyrimus Lietuvoje.

„Šiuo metu galime bioreaktoriuose jau užauginti daug ląstelių ir jas suleisti žmogui. Tačiau jeigu tos ląstelės nebus aprūpinamos maisto medžiagomis, neturėsim kraujagyslių, audinys neišgyvens. Todėl kai kurie mūsų darbai remsis tyrimais, susijusiais su kraujagyslių veiklos atstatymu ir tų ląstelių, kurios gali formuoti naujas kraujagysles, tyrimais, analize“, – tikina A. Žiogas.

Ši sritis svarbi ne tik regeneratyvinėje medicinoje. Supratus, kaip kamieninės ląstelės formuoja kraujagysles, tikimasi sukurti veiksmingą vėžinių susirgimų gydymo metodą. Mat piktybiniai augliai sugeba susikurti kraujagyslių sistemą, kuri šį svetimkūnį aprūpina krauju. Naujų kraujagyslių formavimo procesus mokslininkai tiria, naudodami viščiuko gemalą.

Prieš tris dienas apvaisinto kiaušinio turinį išleidus į lėkštelę, embrionas vystosi toliau. Maisto medžiagas jis gauna iš trynyje sukauptų medžiagų per besiformuojančias kraujagysles. Jas veikiant įvairiomis biologiškai aktyviomis medžiagomis ar netgi ląstelėmis, mėginama suprasti ir valdyti kraujagyslių formavimosi procesą.

Mokslininkai jau gali išauginti daug audinių. Odą, rageną, kraują. Laboratorijoje išauginami kremzliniai audiniai, kaulai, raumenų fragmentai. Iš embrioninių ląstelių išauginamos įvairios raumenų ląstelės, įskaitant mioblastus, taip pat ir neuronai. Tačiau kol kas sudėtinga atkurti sudėtingo audinio arba organo trimatę struktūrą.

„Pakeisti kraują, atkurti jį palyginti nesunku. Pakeisti odą irgi palyginti paprasta, nes pakanka ją transplantuoti. Deja, kuo audinys labiau sudėtingas, tuo sunkiau jį atkurti. Kraujas yra skystis – tai lengva. Epidermis iš esmės yra dvimatis audinys, laminatas. Mes gana daug žinome apie odos ir kraujo kamienines ląsteles. Tačiau įsivaizduokite, kiek daug ląstelių tipų sudaro širdies raumens audinį. Ten ne tik miocitai, ten yra ir ląstelės, perduodančios elektros impulsą, jungiamasis audinys ir panašiai“, – teigia A. Žiogas.

Tačiau mokslininkams išradingumo netrūksta. Pastaruoju metu, mėgindami išauginti arba atkurti kurį nors organą, jie tam panaudoja sugedusį.

„Antai paima organą, suardo visas jo ląsteles ir taip gauna natūralų organo karkasą. Tuomet jie mėgina iš naujo jį apauginti arba užpildyti naujomis ląstelių rūšimis, kurios sudaro tą organą. Jeigu norite paklausti, ar tai bus naudojama klinikoje kaip būdas atnaujinti, naujai atkurti širdį arba inkstą, sakyčiau, kad ne. Kita vertus, jeigu mes prieš trisdešimt metų būtume pasakę, kad galėsime išauginti odos arba ragenos fragmentus, žmonės būtų iš mūsų pasijuokę. Tačiau mes tą padarėme“, – priduria A. Žiogas.