Δευτέρα 9 Μαΐου 2011

ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ.


     Η έννοια των βλαστικών κυττάρων γεννήθηκε στις αρχές του 19ου αιώνα από την παρατήρηση ότι ορισμένα κύτταρα μπορούν να παράγουν άλλα κύτταρα. Από τότε μέχρι σήμερα, αλλά κυρίως τις τελευταίες δεκαετίες, οι γνώσεις πάνω στη βιολογία των βλαστικών κυττάρων αυξήθηκαν τόσο ραγδαία ώστε σήμερα να γίνονται προσπάθειες να επεκταθεί η θεραπευτική τους χρήση σε ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, στα πλαίσια του νέου τομέα της αναγεννητικής ιατρικής.
          Στο παρόν άρθρο ανασκοπούνται τα κύρια χαρακτηριστικά των βλαστικών κυττάρων και γίνεται μια σύντομη αναφορά σε σημαντικές ανακαλύψεις που αποτέλεσαν κομβικά σημεία στην εξέλιξη της μελέτης των βλαστικών κυττάρων.
Λέξεις κλειδιά: εμβρυονικό βλαστικό κύτταρο (ES), αιμοποιητικό βλαστικό κύτταρο (HSC), πυρηνική μεταφορά (SCNT), επαγόμενο βλαστικό κύτταρο (iPS), κλωνοποίηση.

          1. Εισαγωγή.
          Τα βλαστικά κύτταρα με την ευρεία έννοια, είναι ένας κυτταρικός πληθυσμός που χαρακτηρίζεται από δύο ιδιότητες : την αυτο-ανανέωση και τη διαφοροποιητική ικανότητα. Το γεγονός ότι διαθέτουν την δυνατότητα να ελέγχουν τον πολλαπλασιασμό, τη διαφοροποίηση και την απόπτωση, τα διακρίνει από τα νεοπλασματικά κύτταρα.
          Ως αυτο-ανανέωση χαρακτηρίζεται η ικανότητά τους να υποβάλλονται σε ατελείωτους κύκλους συμμετρικών μιτωτικών διαιρέσεων από όπου προκύπτουν δύο θυγατρικά κύτταρα ακριβώς όμοια με το προγονικό. Ως διαφοροποιητική ικανότητα, ορίζεται η δυνατότητά τους να διαφοροποιούνται σε εξειδικευμένους τύπους κυττάρων όταν δεχθούν ή στερηθούν συγκεκριμένα περιβαλλοντικά σήματα. Υπό τις συνθήκες αυτές ένα βλαστικό κύτταρο υφίσταται μία ασύμμετρη μιτωτική διαίρεση από όπου προκύπτουν ένα βλαστικό κύτταρο όμοιο με το προγονικό και ένα βλαστικό κύτταρο δεσμευμένο να διαφοροποιηθεί ωριμάζοντας φαινοτυπικά κατά μήκος μιας περιορισμένης και αποκλειστικής γενεαλογίας.
          Το πρώτο παντοδύναμο βλαστικό κύτταρο είναι το ζυγωτό, δηλαδή το προϊόν σύντηξης ωαρίου και σπερματοζωαρίου. Από τον πολλαπλασιασμό του ζυγωτού προκύπτει το μορίδιο και στη συνέχεια η βλαστοκύστη, η οποία στον άνθρωπο αντιστοιχεί σε έμβρυο 4 έως 5 ημερών και αποτελείται από 50 έως 150 κύτταρα. Από την εσωτερική μάζα των κυττάρων της βλαστοκύστης προέρχονται τα πλειοδύναμα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα (ES), που μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε τύπο ώριμου κυττάρου και των τριών βλαστικών στοιβάδων. Επίσης από τα ES θα προκύψουν και τα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα, που αναφέρονται και σαν ενήλικα βλαστικά κύτταρα, τα οποία είναι δεσμευμένα να ωριμάσουν προς συγκεκριμένη ποικιλία απογόνων, βρίσκονται στον ενήλικο οργανισμό και αποτελούν τη δεξαμενή αντικατάστασης δυσλειτουργικών ή γηρασμένων κυττάρων, στο πλαίσιο της διατήρησης της ομοιόστασης ενός οργανισμού.
          Η διαφοροποιητική ικανότητα των βλαστικών κυττάρων και η δυνατότητα της γενετικής τους χειραγώγησης in vitro, είναι οι λόγοι που διερευνώνται σαν θεραπευτική προσέγγιση σε ασθένειες που υπάρχουν δυσλειτουργικά κύτταρα ή/και απώλεια υγιών κυττάρων κατά τη διάρκεια της νόσου.
          Παρά το γεγονός ότι τουλάχιστον θεωρητικά η έννοια του βλαστικού κυττάρου είναι γνωστή πάνω από 100 χρόνια, η απομόνωσή τους και η μελέτη της βιολογίας τους είναι θέματα που αφορούν τις τελευταίες δεκαετίες.
          2. Εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα (ESCs).
          Τα ESCs προέρχονται είτε από το μορίδιο είτε από την εσωτερική μάζα των κυττάρων της βλαστοκύστης και χαρακτηρίζονται από απεριόριστη δυνατότητα αυτο-ανανέωσης όπως και δυνατότητα διαφοροποίησης σε κύτταρα και των τριών βλαστικών στοιβάδων [1], κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες υποκίνησης για μια συγκεκριμένη κυτταρική γενεαλογία.
          Προκειμένου τα ESCs να διατηρήσουν την πλειοδυναμία τους in vitro, απαιτούνται βέλτιστες καλλιεργητικές συνθήκες ή γενετικός χειρισμός [2]. Έρευνες απέδειξαν ότι τρεις παράγοντες μεταγραφής και συγκεκριμένα NanogOct4 και Sox2, οι οποίοι καταστέλλουν τα γονίδια διαφοροποίησης, εξασφαλίζουν την πλειοδυναμία των ESCs [3]. Ο Ian Chambers που απομόνωσε το γονίδιο Nanog, το χαρακτήρισε σαν το κύριο γονίδιο που κάνει τα ESCs αθάνατα [4]. Ο παράγοντας Oct4 αποτελεί τον κύριο ρυθμιστή της πλειοδυναμίας, αφού το ακριβές επίπεδό του ρυθμίζει τη μοίρα των ESCs. Μια ενδεχόμενη ανεπάρκεια τουOct4 οδηγεί τα κύτταρα προς διαφοροποίηση σε τροφεξώδερμα ενώ αύξηση οδηγεί προς αρχέγονο ενδόδερμα και μεσόδερμα. Το γονίδιο Sox2 συμμετέχει επίσης στη ρύθμιση της εμβρυικής ανάπτυξης και στον καθορισμό της μοίρας του κυττάρου. Πολλές έρευνες εστιάζουν στις αναγκαίες σηματοδοτικές διαβάσεις που διατηρούν τα ESCs σε πλειοδύναμη κατάσταση όπως και στα σήματα που χειραγωγούν τη διαφοροποίηση, διότι η έγχυσή τους, ελλείψει ελέγχου της διαφοροποίησης, οδηγεί σε τερατώματα [5].
          Μελέτες με ανθρώπινα ESCs σε σχέση με την ικανότητα διαφοροποίησης προς διάφορους κυτταρικούς τύπους, απέδειξαν ότι αυτά μπορούν να διαφοροποιηθούν προς νευρικά κύτταρα [6,7], κερατινοκύτταρα [8], μελανοκύτταρα [9] (παράγωγα εξωδέρματος), κύτταρα συνδετικού ιστού, υποπληθυσμούς κυττάρων αίματος και καρδιαγγειακό ιστό [10,11,12,13] (παράγωγα μεσοδέρματος), παγκρεατικό, ηπατοκυτταρικό και πνευμονικό ιστό [14,15,16] (παράγωγα ενδοδέρματος). Έτσι τα ESCs αποτελούν μία ελκυστική πηγή αναγεννητικού ιστού. Πρέπει όμως να σημειώσουμε ότι ο μορφολογικός και ανοσο-ιστολογικός χαρακτηρισμός ενός κυττάρου, δεν ταυτίζονται ούτε εξασφαλίζουν το λειτουργικό του χαρακτήρα και επομένως το μέγεθος της δυνατότητας της φυσιολογικής του λειτουργίας.
          Ο χαρακτηρισμός ενός εμβρυονικού βλαστικού κυττάρου, περιλαμβάνει πολλά αντιγόνα επιφανείας και αποτελεί αντικείμενο συνεχούς έρευνας [17]. Τα συνηθέστερα εν χρήσει αντιγόνα επιφανείας των ανθρώπινων ESCs είναι τα γλυκολιπίδια SSEA3 και SSEA4, τα αντιγόνα θειϊκής κερατάνης tra-1-60 και tra-1-81, κ.α. Σημαντικό είναι ότι τα ανθρώπινα ESCs εκφράζουν το τάξης Ι μείζον σύμπλεγμα ιστοσυμβατότητας, το οποίο δεδομένου ότι είναι ρυθμισμένο «προς τα πάνω» κατά τη διάρκεια της διαφοροποίησης [18], αυξάνει τον κίνδυνο της ανοσολογικής απόρριψης σε περίπτωση μεταμόσχευσης. Εκτός όμως από αυτό τον κίνδυνο, ηθικές ανησυχίες και διαμάχες λόγω της ανάγκης καταστροφής ενός εμβρύου προκειμένου να ληφθούν ESCs [19], οδήγησαν την έρευνα προς την κατεύθυνση της κατασκευής και παραγωγής εμβρυονικών ή ομοιαζόντων με εμβρυονικά βλαστικών κυττάρων, με τεχνικές που δεν απαιτούν την καταστροφή ενός εμβρύου και μπορούν να είναι ευρύτερα αποδεκτές.
          3. Πολυδύναμα ενήλικα βλαστικά κύτταρα.
          Αναφέρονται και σαν σωματικά ή προγονικά βλαστικά κύτταρα. Προέρχονται από τη διαφοροποίηση των ESCs και μπορούν να διαφοροποιηθούν σε ιστικά ειδικούς κυτταρικούς τύπους. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης αποθηκεύονται σε συγκεκριμένες φωλεές, συμμετέχουν στην οργανογένεση και συνυπάρχουν στους διάφορους ιστούς με τα διαφοροποιημένα κύτταρα. Η ονοματολογία τους προκύπτει από τον ιστό όπου ανευρίσκονται, π.χ. μεσεγχυματικό, ενδοθηλιακό, νευρικό βλαστικό κύτταρο κ.τ.λ. [20].
          Η ανακάλυψη πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων σε ενήλικους οργανισμούς, προκάλεσε μεγάλο ενθουσιασμό αφού αφ’ ενός αποτελούν μία πηγή δημιουργίας αυτόλογων κυττάρων για θεραπείες μεταμόσχευσης, χωρίς τον κίνδυνο ανοσολογικής απόρριψης των αλλογονιδιακών μεταμοσχευμένων κυττάρων του δότη, αφ’ ετέρου υπερσκελίζουν τους ηθικούς προβληματισμούς των ESCs.
          Ο ρόλος τους είναι επανορθωτικός, αναπληρώνοντας κύτταρα που γηράσκουν ή αποπίπτουν, διατηρώντας τη φυσιολογική ανακύκλωση οργάνων όπως το αίμα, καρδιά, μαστός κ.α. [21,22,23]. Ο αριθμός τους είναι μικρός αλλά είναι σημαντικό το ότι μπορούν να απομονωθούν από το αίμα του ομφάλιου λώρου [24]. Η κατά το δυνατόν ακριβής μελέτη της διαφοροποιητικής τους δυνατότητας αποτελεί και σήμερα αντικείμενο πολλών ερευνών [25].
          Η έρευνα στα σωματικά βλαστικά κύτταρα, παρά το γεγονός ότι αυτά δεν εμφανίζουν την πλειοδυναμία των ESCs, έχει χρηματοδοτηθεί και έχει προχωρήσει πολύ περισσότερο σε σχέση με τα ESCs, επειδή παρακάμπτει τις δεοντολογικές ανησυχίες. Η χρήση και η κλινική τους εφαρμογή είναι γνωστές εδώ και δεκαετίες με την επιτυχή αντιμετώπιση λευχαιμιών και άλλων κακοηθών καταστάσεων του αιμοποιητικού συστήματος, με τη μεταμόσχευση αιμοποιητικών ή μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων του μυελού των οστών [26,27]. Οι μεγαλύτερες όμως ελπίδες της χρήσης των σωματικών κυττάρων σε πληθώρα νοσολογικών καταστάσεων, στα πλαίσια της αναγεννητικής ιατρικής, προέρχονται από τις έρευνες που καταδεικνύουν ότι υπάρχει η δυνατότητα μέσα από επανα-προγραμματιστικές διαβάσεις να επανεγκατασταθεί στα ενήλικα βλαστικά κύτταρα, η πλειοδυναμία των ESCs.
          4. Εξελίξεις – σταθμοί στην έρευνα των βλαστικών κυττάρων.
          Ήδη από το 1950 η έρευνα είχε εστιαστεί στο αιμοποιητικό βλαστικό κύτταρο (HSC) και τις δυνατότητές του να θεραπεύει λευχαιμίες και άλλες κακοήθεις καταστάσεις του αιμοποιητικού συστήματος, ενώ η έννοια του εμβρυονικού βλαστικού κυττάρου παρέμεινε θεωρητική. Από τότε μέχρι σήμερα, σημαντικές ανακαλύψεις έχουν φωτίσει τις γνώσεις μας στη βιολογία των βλαστικών κυττάρων (εμβρυονικών και ενήλικων), τα οποία απομονώθηκαν, καλλιεργήθηκαν in vitro, υπέστησαν γενετικούς χειρισμούς και χρησιμοποιούνται πλέον στη σύγχρονη θεραπευτική.
          4.1 Από τα HSCs στα ESCs του ποντικού.
          Η γνώση ότι η ραδιενεργός ακτινοβολία μπορεί να απαλείψει την παραγωγή όλων των κυτταρικών μορφών του αίματος, από το μυελό των οστών, ώθησε τρεις Καναδούς ερευνητές, τον Ernest A., McCullough και James Till, να προσπαθήσουν να αποκαταστήσουν την παραγωγή των κυτταρικών σειρών του αίματος, εγχέοντας κύτταρα μυελού των οστών υγιούς δότη. Τα πειράματά τους με θανάσιμα ακτινοβολημένα ποντίκια, [28] απέδειξαν το 1963 ότι αρκούσε η έγχυση μικρού αριθμού κυττάρων μυελού των οστών από υγιή δότη, προκειμένου να επανέλθει στο ακτινοβολημένο πειραματόζωο η ικανότητα παραγωγής και των τριών κυτταρικών σειρών του αίματος. Προχωρώντας περισσότερο, αφού κατόρθωσαν να σημάνουν γενετικά τα κύτταρα του δότη, τα εντόπισαν σε κυτταρικές αποικίες στο σπλήνα του μεταμοσχευθέντος ζώου. Έτσι υπήρξαν τα πρώτα απτά πειραματικά δεδομένα ότι υπήρχε ένα βλαστικό κύτταρο το οποίο μπορούσε να διαφοροποιηθεί σε κύτταρα της λευκής, της ερυθράς και της μεγακαρυοκυτταρικής σειράς. Η απομόνωση αυτού του ενήλικου πολυδύναμου βλαστικού κυττάρου (HSC), επετεύχθη χρόνια αργότερα, όμως ήδη είχαν εδραιωθεί τα θεμέλια της έρευνας των βλαστοκυττάρων και της προσπάθειας εντοπισμού του πιο αρχέγονου πλειοδύναμου εμβρυονικού βλαστικού κυττάρου.
          Χρειάστηκαν έρευνες αρκετών χρόνων και μόλις το 1981, δεκαοκτώ χρόνια μετά την ανακοίνωση του Till, απομονώθηκαν πλειοδύναμα βλαστικά κύτταρα και καθιερώθηκε ο όρος εμβρυονικό βλαστικό κύτταρο (ES) [29]. Πειράματα με έμβρυα ποντικών που έκαναν οι Martin Evans, Matthew Kaufman και Gail Martin, οδήγησαν για πρώτη φορά στην απομόνωση ενός βλαστικού κυττάρου που καλλιεργήθηκε και διαφοροποιήθηκε προς ποικίλους κυτταρικούς τύπους διαφορετικών βλαστικών στοιβάδων. Υπήρξαν πλέον τα πρώτα πειραματικά δεδομένα της πλειοδυναμίας έναντι της πολυδυναμίας του HSC, το σημαντικότερο όμως ήταν το γεγονός ότι υπήρχε η δυνατότητα της μελέτης σε πειραματικό επίπεδο των παραγόντων που υποκινούν τον πολλαπλασιασμό, εμποδίζουν τη διαφοροποίηση ή καθορίζουν την εξέλιξη και τη μοίρα του κυττάρου. Ουσιαστικά ξεκίνησε μία νέα προσέγγιση μελέτης της ανάπτυξης των θηλαστικών προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα που θα χρησιμοποιηθούν προς όφελος της σύγχρονης θεραπευτικής.
          4.2 HSCs και πρώτη ανθρώπινη ES κυτταρική σειρά.
          Παράλληλα με τις έρευνες στα βλαστοκύτταρα ποντικών, εξελίχθηκαν και οι έρευνες στον άνθρωπο. Το 1968, στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, αντιμετωπίστηκε επιτυχώς μία περίπτωση συνδυασμένης ανοσοανεπάρκειας με μεταμόσχευση κυττάρων μυελού των οστών [30,31]. Η σοβαρή ατέλεια στα Β και Τ λεμφοκύτταρα στο συγκεκριμένο σύνδρομο, οδηγεί σε ανοσολογική ανεπάρκεια και ουσιαστικά σε παντελή έλλειψη κάθε ανοσολογικής απάντησης σε κάθε είδους λοίμωξη. Η μεταμόσχευση στον ασθενή κυττάρων μυελού των οστών που λήφθηκαν από τον αμφιθαλή αδερφό του, ανέταξε τη βλάβη υποδεικνύοντας ότι η μεταμόσχευση ιστοσυμβατών κυττάρων μυελού των οστών, μπορεί να ανατάξει βλάβες των κυτταρικών σειρών του αίματος.
          Η ανακάλυψη των HSCs στο αίμα του ομφάλιου λώρου το 1978 [32] και η ευκολία με την οποία προσεγγίζονται, συλλέγονται και διατηρούνται, έδωσε νέα ώθηση στην αντιμετώπιση παθήσεων του αιμοποιητικού συστήματος με μεταμόσχευση HSCs. Έτσι από το 1988, οι μεταμοσχεύσεις βλαστικών κυττάρων που συλλέγονται από τον ομφάλιο λώρο, βρίσκονται σε συνεχή κλινική εφαρμογή.
          Η παράλληλη έρευνα για την απομόνωση και καλλιέργεια πλειοδύναμων ESCs κυττάρων έναντι των πολυδύναμων HSCs με δεσμευμένη διαφοροποιητική ικανότητα, απέδωσε καρπούς το 1998, όταν από ανθρώπινες βλαστοκύστεις, στο Πανεπιστήμιο Wiskonsin, ο James Thomson απομόνωσε ESCs τα οποία καλλιεργήθηκαν, διατήρησαν την πλειοδυναμία τους και διαφοροποιήθηκαν σε κύτταρα και των τριών βλαστικών στοιβάδων [33]. Η συγκεκριμένη κυτταρική γραμμή, που βρίσκεται ακόμη και σήμερα σε λειτουργία, αποτελεί μία από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στα βλαστικά κύτταρα. Έδωσε την ευκαιρία μελέτης in vitro της αναπτυξιακής βιολογίας που δεν μπορεί να μελετηθεί στο άθικτο ανθρώπινο έμβρυο, τη δυνατότητα δοκιμής νέων φαρμάκων και ταυτόχρονα ανέδειξε τις διαφορές μεταξύ των ανθρώπινων ESCs και των ESCs ποντικών. Επίσης έγινε προσιτή η μελέτη και διευκρίνιση των μηχανισμών που ελέγχουν τη διαφοροποίηση, κάτι που αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση της κατευθυνόμενης διαφοροποίησης, προκειμένου τα ESCs να διαφοροποιηθούν προς συγκεκριμένους τύπου λειτουργικών κυττάρων, η κατασκευή των οποίων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για αντικατάσταση ιστών σε πληθώρα παθήσεων.
          Παρά τα σημαντικά οφέλη που θα μπορούσαν να προκύψουν από την έρευνα που θεμελίωσε η ανακάλυψη αυτή, σοβαρές ηθικές διαμάχες που προέκυψαν από την αναγκαία καταστροφή ανθρώπινων εμβρύων, αποτέλεσαν τροχοπέδη στην περαιτέρω έρευνα. Έτσι η θεραπευτική κλωνοποίηση και η παραγωγή πλειοδύναμων κυτταρικών παραγώγων, ήταν η αναγκαία εναλλακτική ερευνητική οδός στη μελέτη των βλαστικών κυττάρων.
          4.3 Κλωνοποίηση – Παρθενογένεση.
          Η πρώτη κλωνοποίηση θηλαστικού, που οδήγησε σε μεγάλες αντιπαραθέσεις την επιστημονική κοινότητα, έγινε το 1996. Η προβατίνα Dolly είναι το πρώτο κλωνοποιημένο θηλαστικό που δημιουργήθηκε με τη διαδικασία της πυρηνικής μεταφοράς (SCNT) από τους Ian Wilmut και Keith Campbell, στο ίδρυμα Roslin στο Εδιμβούργο της Σκωτίας [34,35]. Κατά την SCNT, από ένα γονιμοποιημένο ωάριο αφαιρείται ο πυρήνας και στη θέση του μεταφέρεται ο πυρήνας ενός σωματικού κυττάρου, ο οποίος επαναπρογραμματίζεται από το κυτταρόπλασμα. Το κύτταρο με τον μεταμοσχευθέντα σωματικό πυρήνα, πολλαπλασιάζεται διαμορφώνοντας ένα μορίδιο που γίνεται βλαστοκύστη και συνεχίζει προς δημιουργία ενός ολοκληρωμένου οργανισμού.
          Η κλωνοποίηση της Dolly, δημιούργησε το ενδιαφέρον για την κλωνοποίηση ανθρώπινων εμβρύων. Η πρώτη ανακοίνωση μίας τέτοιας προσπάθειας έγινε στις 31 Οκτωβρίου 2001, στο ίδρυμα προηγμένης τεχνολογίας κυττάρων, στο Worcester [36]. Κλωνοποιήθηκαν ανεπιτυχώς τα πρώτα τέσσερα ανθρώπινα έμβρυα. Οι επιστήμονες που συμμετείχαν στο εγχείρημα, επέμεναν να υποστηρίζουν ότι η θεραπευτική κλωνοποίηση στοχεύει στη δημιουργία κυττάρων ή ιστών – χρησιμοποιώντας το γενετικό υλικό ενός ασθενή – προκειμένου να θεραπεύσει μία ασθένεια και δεν έχει καμία σχέση με την αναπαραγωγική κλωνοποίηση που στοχεύει στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου οργανισμού, εμφυτεύοντας το κλωνοποιημένο έμβρυο στη μήτρα μίας μητέρας εθελόντριας. Παρά τα σοβαρά νομικά και ηθικά προβλήματα που προέκυψαν από την κλωνοποίηση με SCNT, τα πειράματα συνεχίστηκαν και συνεχίζονται, με τη χρήση κυρίως ενήλικων ινοβλαστών δέρματος που απομονώνονται εύκολα με μία απλή βιοψία δέρματος. Η εταιρεία Stemagen στον Καναδά, ανακοίνωσε την ανάπτυξη ανθρώπινων κλωνοποιημένων βλαστοκύστεων μετά από SCNT με ενήλικους ινοβλάστες [37]. Παρά το γεγονός ότι δεν κατέστη δυνατό να εξαχθούν βλαστικά κύτταρα από την εσωτερική κυτταρική μάζα των βλαστοκύστεων, με το πείραμα αυτό για πρώτη φορά αποδείχθηκε ότι οι ενήλικοι πυρήνες επαναπρογραμματίζονται από ανθρώπινα ωοκύτταρα για να παραχθούν κλωνοποιημένες ανθρώπινες βλαστοκύστεις.
          Προκειμένου να αναπτυχθούν ESCs που θα ήταν πιο αποδεκτά από όσους αντιτάσσονται στην παραγωγή ESCs από κλωνοποιημένα έμβρυα, οι επιστήμονες έστρεψαν την προσοχή τους στην παραγωγή βλαστοκύστεων μέσω παρθενογένεσης, δηλαδή μόνο με χρήση ωαρίου χωρίς πρόσθετο γενετικό υλικό. Τα ωοκύτταρα συλλέγονται κατά τον κύκλο ωρίμανσής τους σε ένα διπλοειδές στάδιο, ενεργοποιούνται κάτω από ειδικές συνθήκες και αρχίζουν να πολλαπλασιάζονται σαν φυσιολογικό έμβρυο. Εάν αντίστοιχα χρησιμοποιηθούν διπλοειδή σπερματοκύτταρα, μιλούμε για ανδρογένεση. Με την τεχνική αυτή μπορούν να παραχθούν αυτόλογα πλειοδύναμα βλαστικά κύτταρα, τα οποία μετά από την επαγωγή τους προς συγκεκριμένη κυτταρική σειρά, μπορούν να μεταμοσχευθούν στον ασθενή χωρίς προβλήματα απόρριψης.
          Η συγκεκριμένη τεχνική που παράγει ESCs χωρίς εμβρυονική καταστροφή, έχει να επιδείξει αλματώδη πρόοδο και χρησιμοποιείται σχεδόν παράλληλα με την SCNT, στην παραγωγή βλαστοκύστεων παρθενογενετικά.
          Παρά το γεγονός ότι η SCNT και η παρθενογένεση δεν απαιτούν την παραδοσιακή εμβρυονική καταστροφή για τη λήψη ESCs, η άποψη ότι η διαδικασία «περιλαμβάνει τη δημιουργία ανθρώπινων ζωών στο εργαστήριο αποκλειστικά και μόνο για να τις καταστρέψει για το υποτιθέμενο όφελος άλλων» [37], συνεχίζει να υπάρχει. Έτσι η παραγωγή επαγόμενων πλειοδύναμων βλαστικών κυττάρων (iPS), φαίνεται να ήταν αναμενόμενη.
          4.4 Επαγόμενα πλειοδύναμα βλαστικά κύτταρα (iPS).
          Η παραγωγή πλειοδύναμων βλαστικών κυττάρων μέσω ενός επανα-προγραμματισμού ενήλικων σωματικών πυρήνων σε προηγούμενο εμβρυονικό στάδιο, φάνηκε να υπερσκελίζει τα ηθικά και νομικά διλήμματα της ανθρώπινης κλωνοποίησης.
          Η καινοτόμος έρευνα του Shinya Yamanaka στο Πανεπιστήμιο του Κιότο το 2006, έδειξε ότι ινοβλάστες ποντικών μπορούν να επανα-προγραμματιστούν σε εμβρυονικό στάδιο [38]. Η πλειοδυναμία εξασφαλίστηκε μέσω της ρετροϊικής μεταφοράς των γονιδίων που ευθύνονται για την αυτο-ανανεωτική ικανότητα των βλαστικών κυττάρων.
          Η παραγωγή iPs κυττάρων με σχετικά απλές εργαστηριακές τεχνικές και χρησιμοποίηση ενήλικων πυρήνων, υποδεικνύει τη δυνατότητα να παραχθούν iPs κύτταρα από συγκεκριμένο, π.χ. Παρκινσονικό ασθενή, προκειμένου η αυτο-μεταμόσχευσή τους να οδηγήσει σε αντικατάσταση των κατεστραμμένων λόγω της νόσου κυττάρων. Εντούτοις η χρήση των iPs κυττάρων, δεν μπορεί να θεωρηθεί ασφαλής δεδομένου ότι αυτά εμφανίζουν μία πιθανότητα κινδύνου 20% ογκογόνου δραστηριότητας. Η χρήση ρετροϊικών φορέων ενσωμάτωσης γονιδίων και η παράλειψη του c-myc ογκογονιδίου [39], μείωσε την ογκογονικότητα των παραχθέντων iPs κυττάρων και αποτελεί αξιόλογη τεχνική πρόοδο στην έρευνα που συνεχίζεται.
          4.5 Ανθρώπινες βλαστικές σειρές που δεν απαιτούν εμβρυονική καταστροφή.
          Το 2005 στο Πανεπιστήμιο Kingston της Αγγλίας, ανακοινώθηκε η απομόνωση από το αίμα του ομφάλιου λώρου με ανοσομαγνητική τεχνική, κυττάρων τα οποία έμοιαζαν πολύ με ESCs [40]. Ονομάστηκαν ομοιάζοντα με εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα (CBEs) και στην καλλιέργεια εξέφρασαν τους δείκτες των ESCs. Πιθανότατα αποτελούν μία ειδική κατηγορία που τοποθετήθηκε σε πιο αρχέγονη κατάσταση από τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά των ECSs, χωρίς ηθικούς περιορισμούς και με δυνατότητες κλινικής εφαρμογής.
          Δύο χρόνια μετά, το 2007, απομονώθηκαν από το αμνιακό υγρό βλαστικά κύτταρα τα οποία καλλιεργήθηκαν και εξέφρασαν δείκτες ESCs και ενήλικων βλαστικών κυττάρων [41]. Τα κύτταρα ελήφθησαν χωρίς ουσιαστικό κίνδυνο για τη μητέρα ή το έμβρυο και διαφοροποιήθηκαν σε κύτταρα και των τριών βλαστικών στοιβάδων. Η ανεύρεση στο DNA κάποιων αμνιακών βλαστικών κυττάρων του Υ χρωμοσώματος, υποδεικνύει ότι αυτά προέρχονται από το αρσενικό έμβρυο και όχι από τη μητέρα. Η ανακάλυψη των κυττάρων αυτών ήταν ένα σημαντικό βήμα στην έρευνα των βλαστικών κυττάρων, παρά το γεγονός ότι δεν μπορούσαν να θεωρηθούν σαν το πλήρες υποκατάστατο των ESCs.
          Οι συνεχιζόμενες έρευνες για την παραγωγή ESCs χωρίς εμβρυονική καταστροφή, οδήγησαν στην ανάπτυξη ανθρώπινων σειρών ES κυττάρων μέσω της καλλιέργειας μεμονωμένων κυττάρων που ελήφθησαν από τα έμβρυα με την τεχνική της γενετικής προ-εμφυτευτικής διάγνωσης [42]. Τα κύτταρα καλλιεργήθηκαν σε βέλτιστο αναπτυξιακό περιβάλλον και συνέχισαν να αναπτύσσονται κανονικά. Στο στάδιο της βλαστοκύστης καταψύχθηκαν. Από την εσωτερική κυτταρική μάζα απομονώθηκαν ESCs κύτταρα που εξέφρασαν όλους τους δείκτες της πλειοδυναμίας, εμφάνισαν αυτο-ανανεωτική ικανότητα και γενετική σταθερότητα. Επίσης διαφοροποιήθηκαν σε κύτταρα και των τριών βλαστικών στοιβάδων. Το Ίδρυμα για την Προηγμένη Τεχνολογία Κυττάρων, πιστεύει ότι τα αποτέλεσμα αυτά, μπορούν να θέσουν τέλος σε κάθε ηθικό προβληματισμό που προκύπτει από την ανάγκη της εμβρυονικής καταστροφής για την παραγωγή ESCs.
          5. Συμπεράσματα.
          Η δυνατότητα των βλαστικών κυττάρων να διαφοροποιούνται ουσιαστικά σε οποιοδήποτε κυτταρικό τύπο, οδηγεί θεωρητικά στην υπόθεση ότι οι κλινικές εφαρμογές τους μπορεί να είναι απεριόριστες. Παρά το γεγονός ότι έχουν γίνει σημαντικά βήματα στην έρευνα των ESCs, οι γνώσεις μας ουσιαστικά είναι ακόμη στοιχειώδεις. Οι προσδοκίες μελλοντικά να μπορούμε να αντιμετωπίσουμε πληθώρα, ακόμη και ανίατων σήμερα, ασθενειών, είναι τεράστιες. Πιθανότατα μέσα από την έρευνα των ESCs να δοθούν απαντήσεις στα μυστήρια της γενετικής ανάπτυξης και να μπορέσουμε να αντιμετωπίσουμε γενετικές ατέλειες. Σε κάθε περίπτωση η χρήση τους πρέπει να είναι ασφαλής, αποτελεσματική, ηθική και να στοχεύει αποκλειστικά στην προστασία του ανθρώπου.




Βιβλιογραφία.
1. Schuldiner M, Yanuka O, Itskovitz-Eldor J, Melton DA, Benvenisty N. Effects of eight growth factors on the differentiation of cells derived from human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2000;97:11307–11312.
2. Chambers I, Colby D, Robertson M, Nichols J, Lee S, Tweedie S, Smith A: Functional expression cloning of Nanog, a pluripotency sustaining factor in embryonic stem cells. Cell 113:643–655, 2003.
3. Boyer LA, Lee TI, Cole MF, Johnstone SE, Levine SS, Zucker JP, Guenther MD, Kumar RM, Murray HL, Jenner RG, Gifford DK, Jaenisch R, Young RA: Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells. Cell 122:947–956, 2005.
4. Cells Of The Ever Young: Getting Closer To The Truth,
http://www.sciencedaily.com/releases/2003/06/030602024530, University Of Edinburgh.
5. Bjorklund LM, Sánchez-Pernaute R, Chung S, Andersson T, Chen IY, McNaught KS, et al. Embryonic stem cells develop into functional dopaminergic neurons after transplantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci U S A 2002;99:2344–2349.
6. Park CH, Minn YK, Lee JY, Choi DH, Chang MY, Shim JW, et al. In vitro and in vivo analyses of human embryonic stem cell-derived dopamine neurons. J Neurochem 2005;92:1265–1276.
7. Schuldiner M, Eiges R, Eden A, Yanuka O, Itskovitz-Eldor J, Goldstein RS, et al. Induced neuronal
differentiation of human embryonic stem cells. Brain Res 2001;913:201–205.
8. Green H, Easley K, Iuchi S. Marker succession during the development of keratinocytes from cultured human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2003;100:15625–15630.
9. Zhang SC, Wernig M, Duncan ID, Brüstle O, Thomson JA. In vitro differentiation of transplantable neural precursors from human embryonic stem cells. Nat Biotechnol 2001;19:1129–1133.
10. Barberi T, Willis LM, Socci ND, Studer L. Derivation of multipotent mesenchymal precursors from human embryonic stem cells. PLoS Med 2005;2:E161.
11. Karp JM, Ferreira LS, Khademhosseini A, Kwon AH, Yeh J, Langer RS. Cultivation of human embryonic stem cells without the embryoid body step enhances osteogenesis in vitro. Stem Cells 2006;24:835–843.
12. Passier R, Denning C, Mummery C. Cardiomyocytes from human embryonic stem cells. Handb Exp
Pharmacol 2006;174:101–122.
13. Wang L, Menendez P, Cerdan C, Bhatia M. Hematopoietic development from human embryonic stem cell lines. Exp Hematol 2005;33:987–996.
14. Assady S, Maor G, Amit M, Itskovitz-Eldor J, Skorecki KL, Tzukerman M. Insulin production by human embryonic stem cells. Diabetes 2001;50:1691–1697.
15. Samadikuchaksaraei A, Cohen S, Isaac K, Rippon HJ, Polak JM, Bielby RC, et al. Derivation of distal airway epithelium from human embryonic stem cells. Tissue Eng 2006;12:867–875.
16. Shirahashi H, Wu J, Yamamoto N, Catana A, Wege H, Wager B, et al. Differentiation of human and mouse embryonic stem cells along a hepatocyte lineage. Cell Transplant 2004;13:197–211.
17. International Stem Cell Initiative, Adewumi O et al: Characterization of human embryonic stem cell lines by the International Stem Cell Initiative. Nat Biotechnol 25:803–816, 2007.
18. Drukker M. Immunogenicity of human embryonic stem cells: can we achieve tolerance? Springer Semin Immunopathol 2004;26:201–213.
19. United States Conference of Catholic Bishops, Pro- Life Activities, Practical Problems with Embryonic Stem Cells. http://www.usccb.org/prolife/issues/bioethic/stemcell/obstacles51004.shtml. Accessed May 1, 2008.
20. Gimble JM, Katz AJ, Bunnell BA: Adipose- derived stem cells for regenerative medicine. Circ Res 100:1249–1260, 2007.
21. da Silva Meirelles L, Chagastelles PC, Nardi NB. Mesenchymal stem cells reside in virtually all postnatal
organs and tissues. J Cell Sci 2006;119:2204–2213.
22. Molyneux G, Regan J, Smalley MJ. Common molecular mechanisms of mammary gland development and breast cancer: mammary stem cells and breast cancer. Cell Mol Life Sci 2007;64:3248–3260.
23. Sohn RL, Jain M, Liao R. Adult stem cells and heart regeneration. Expert Rev Cardiovasc Ther 2007;5:507–517.
24. McGuckin CP, Forraz N, Baradez MO, Navran S, Zhao J, Urban R, Tilton R, Denner L: Production of stem cells with embryonic characteristics from human umbilical cord blood. Cell Prolif 38:245–255, 2005.
25. Gardner RL: Stem cells: Potency, plasticity and public perception. J Anat 200:277–282, 2002.
26. McCulloch EA, Till JE. Effects of short-term culture on populations of hemopoietic progenitor cells from mouse marrow. Cell Tissue Kinet 1971;4:11–20.
27. Yoon SR, Chung JW, Choi I. Development of natural killer cells from hematopoietic stem cells. Mol Cells 2007;24:1–8.
28. Till JE, McCulloch EA, Siminovitch L: A stochastic model of stem cell proliferation, based on the growth of spleen colony- forming cells. Proc Natl Acad Sci U S A 51:29–36, 1964.
29. Martin GR: Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A 78:7634–7638, 1981.
30. Dooren LJ, de Vries MJ, van Bekkum DW, Cleton FJ, de Koning J: Sex- linked thymic epithelial hypoplasia in two siblings. Attempt at treatment by transplantation with fetal thymus and adult bone marrow. J Pediatr 72:51–62, 1968.
31. Gatti RA, Meuwissen HJ, Allen HD, Hong R, Good RA: Immunological reconstitution of sex- linked lymphopenic immunological deficiency. Lancet 2:1366–1369, 1968.
32. Prindull G, Prindull B, Meulen N: Haematopoietic stem cells (CFUc) in human cord blood. Acta Paediatr Scand 67:413–416, 1978.
33. Thomson JA, Itskovitz- Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM: Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282:1145–1147, 1998.
34. Lanza RP, Cibelli JB, West MD: Prospects for the use of nuclear transfer in human transplantation. Nat Biotechnol 17:1171–1174, 1999.
35. Wilmut I, Schnieke AE, McWhir J, Kind AJ, Campbell KH: Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature 385:810–813, 1997.
36. Cibelli JB, Kiessling AA, Cunniff K, Richards C, Lanza RP, West MD: Somatic cell nuclear transfer in humans: Pronuclear and early embryonic development. E- Biomed: J Regenerative Medicine 2:25–31, 2001.
37. French AJ, Adams CA, Anderson LS, Kitchen JR, Hughes MR, Wood SH: Development of human cloned blastocysts following somatic cell nuclear transfer with adult fibroblasts. Stem Cells 26:485–493, 2008.
38. Cyranoski D: Simple switch turns cells embryonic. Nature 447:618–619, 2007.
39. Aoi T, Yae K, Nakagawa M, Ichisaka T, Okita K, Takahashi K, Chiba T, Yamanaka S: Generation of pluripotent stem cells from adult mouse liver and stomach cells. Science 321:699–702, 2008.
40. McGuckin CP, Forraz N, Baradez MO, Navran S, Zhao J, Urban R, Tilton R, Denner L: Production of stem cells with embryonic characteristics from human umbilical cord blood. Cell Prolif 38:245–255, 2005.
41. De Coppi P, Bartsch G Jr, Siddiqui MM, Xu T, Santos CC, Perin L, Mostoslavsky G, Serre AC, Snyder EY, Yoo JJ, Furth ME, Soker S, Atala A: Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy. Nat Biotechnol 25:100–106, 2007.
42. Chung Y, Klimanskaya I, Becker S, Li T, Maserati M, Lu SJ, Zdravkovic T, Ilic D, Genbacev O, Fisher S, Krtolica A, Lanza R: Human embryonic stem cell lines generated without embryo destruction. Cell Stem Cell 2:113–117, 2008.
         

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου