Descoperirea celulelor stem ar putea îmbunătăți tratamentele pentru leucemie și alte boli
Incapacitatea de a face ca celulele stem din sânge uman sau celulele stem hematopoietice (HSC) să se auto-reînnoiască în laborator împiedică progresul în tratarea leucemiei și a altor boli ale sângelui.
Acum, un nou studiu de la Universitatea din California, Los Angeles (UCLA) sugerează că răspunsul poate sta într-o anumită proteină - a cărei activare poate extinde foarte mult HSC-urile în cultură.
Echipa UCLA a descoperit că o proteină numită MLLT3 este un regulator cheie al funcției HSC. Proteina este prezentă la niveluri ridicate în HSC ale fetușilor umani, nou-născuților și adulților. Cu toate acestea, HSC-urile cultivate au niveluri scăzute de MLLT3.
Într-un recent Natură Hârtie, cercetătorii raportează modul în care manipularea genei responsabile de producerea proteinei a condus la o „extindere de peste 12 ori a HSC transplantabile”.
Autorul principal al lucrării de studiu este Hanna K. A. Mikkola, profesor de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare la UCLA. Studiază HSC de mai bine de 20 de ani.
„Deși am învățat multe despre biologia acestor celule de-a lungul anilor”, spune Mikkola, „a rămas o provocare cheie: a face [HSC] să se reînnoiască în laborator”.
„Trebuie să depășim acest obstacol pentru a avansa terenul”, adaugă ea.
HSC-urile au nevoie de o capacitate puternică de auto-replicare
Toate țesuturile și celulele corpului se bazează pe celulele sanguine pentru hrană și protecție. Pentru a îndeplini o astfel de sarcină implacabilă și oneroasă, celulele sanguine trebuie să fie capabile să se completeze singure. La adulți, celulele sanguine și celulele pielii au cea mai mare capacitate de completare a oricărui țesut.
Sarcina de a produce noi celule sanguine revine HSC-urilor. În fiecare zi, corpul uman produce miliarde de celule sanguine noi, datorită HSC-urilor, care produc și celule imune.
HSC rezidă în măduva osoasă, unde se auto-reînnoiesc și se maturizează în diferite tipuri de sânge și celule imune.
Persoanele cu anumite boli ale sângelui sau ale sistemului imunitar - cum ar fi leucemia - au nevoie de resurse proaspete de HSC pentru a produce celule noi. De zeci de ani, medicii au folosit transplanturi de măduvă osoasă pentru a-și spori rezerva.
Cu toate acestea, există limite cu privire la măsura în care transplanturile de măduvă osoasă pot oferi o soluție. De exemplu, nu este întotdeauna posibil să se găsească un donator corespunzător sau corpul destinatarului ar putea respinge celulele transplantate.
O altă problemă care poate apărea este că numărul de HSC transplantate poate să nu fie suficient pentru a genera suficiente sânge sau celule imune pentru a trata boala.
Problema cu HSC-uri cultivate
Oamenii de știință au încercat să cultive HSC în laborator ca alternativă la transplanturile de măduvă osoasă. Cu toate acestea, diferite încercări de transplant de HSC cultivate au lovit o problemă comună: HSC-urile pe care oamenii de știință le-au eliminat din măduva osoasă își pierd în curând capacitatea de auto-reînnoire în cultură.
Odată ce HSC își pierd capacitatea de a face noi copii ale lor, singurul viitor pe care îl au este fie să se diferențieze în celule specializate, fie să moară.
Pentru noul studiu, prof. Mikkola și echipa ei au analizat ce s-a întâmplat cu genele, deoarece HSC-urile și-au pierdut capacitatea de auto-reînnoire în laborator.
Au văzut că unele gene s-au oprit când s-a întâmplat acest lucru. Genele care s-au oprit au variat în funcție de tipurile de celule pe care le-au format HSC-urile.
Pentru a arunca o privire mai atentă, echipa a generat celule asemănătoare HSC din celule stem pluripotente adulte care nu s-au putut autoreplica și apoi și-au observat activitatea genică.
Acest experiment a arătat că există o legătură puternică între capacitatea de auto-reînnoire a HSC-urilor și activitatea MLLT3 genă.
Activ MLLT3 este o condiție necesară
Se pare că expresia înaltă a MLLT3 asigură o cantitate abundentă de proteine, care poartă instrucțiunile necesare pentru ca HSC-urile să se reînnoiască.
Proteina ajută mașinile HSC să funcționeze în timp ce celula face o copie a sa.
Alte experimente au arătat că inserarea unui activ MLLT3 gena în nucleul HSC din cultura de laborator și-a crescut capacitatea de auto-replicare cu un factor de 12.
„Dacă ne gândim la cantitatea de celule stem din sânge necesare pentru a trata un pacient, acesta este un număr semnificativ”.
Prof. Hanna K. A. Mikkola
Alte studii care au încercat să facă HSC să se auto-reînnoiască în cultură au folosit molecule mici. Cu toate acestea, prof. Mikkola și echipa ei au întâmpinat probleme cu această abordare.
Ei au descoperit că celulele nu au fost capabile să mențină nivelurile de proteină MLLT3 și nu au funcționat bine atunci când echipa le-a transplantat la șoareci.
Combinând cele două metode
Echipa a descoperit că combinarea metodei moleculei mici cu MLLT3 activarea genelor a generat HSC care s-au integrat corect în măduva osoasă la șoareci.
Acele HSC au produs, de asemenea, toate tipurile corecte de celule sanguine și și-au păstrat capacitatea de auto-reînnoire.
O preocupare pe care oamenii de știință o au cu privire la producerea HSC transplantabile în laborator este asigurarea faptului că acestea funcționează corect odată ce sunt în organism.
HSC-urile trebuie să fie capabile să se auto-reproducă în ritmul potrivit și nu trebuie să dobândească mutații care ar putea duce la boli precum leucemia.
Se pare că asigurarea nivelurilor stabile de proteină MLLT3 îndeplinește aceste cerințe.
Cercetătorii lucrează acum la metode de manipulare MLLT3 mai sigur și mai ușor.
