Objav kmeňových buniek by mohol zlepšiť liečbu leukémie, iných chorôb
Neschopnosť samovoľnej obnovy laboratórnych kmeňových buniek z krvi alebo krvotvorných kmeňových buniek (HSC) brzdí pokrok v liečbe leukémie a iných krvných chorôb.
Nová štúdia z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA) teraz naznačuje, že odpoveď môže spočívať v konkrétnom proteíne - ktorého aktivácia môže výrazne rozšíriť HSC v kultúre.
Tím UCLA zistil, že proteín nazývaný MLLT3 je kľúčovým regulátorom funkcie HSC. Proteín je prítomný vo vysokých hladinách v HSC ľudských plodov, novorodencov a dospelých. Avšak kultivované HSC majú nízke hladiny MLLT3.
V nedávnej dobe Príroda Vedci tvrdia, že manipulácia s génom zodpovedným za výrobu proteínu viedla k „viac ako 12-násobnému rozšíreniu transplantovateľných“ HSC.
Hlavnou autorkou štúdie je Hanna K. A. Mikkola, profesorka molekulárnej, bunkovej a vývojovej biológie na UCLA. Študuje HSC už viac ako 20 rokov.
„Aj keď sme sa za tie roky naučili veľa o biológii týchto buniek,“ hovorí Mikkola, „zostala jedna kľúčová výzva: urobiť z laboratória sebaobnovu [HSC].“
„Musíme prekonať túto prekážku, aby sme sa pohli poľom dopredu,“ dodáva.
HSC potrebujú silnú schopnosť vlastnej replikácie
Všetky tkanivá a bunky tela sa spoliehajú na výživu a ochranu krvných buniek. Na splnenie takejto neúprosnej a náročnej úlohy musia byť krvné bunky schopné doplniť sa. U dospelých majú krvinky a kožné bunky najväčšiu doplnkovú kapacitu zo všetkých tkanív.
Tvorba nových krviniek patrí do HSC. Ľudské telo každý deň vytvára miliardy nových krviniek, a to vďaka HSC, ktoré tiež tvoria imunitné bunky.
HSC prebývajú v kostnej dreni, kde sa samy obnovujú a dozrievajú do rôznych druhov krvi a imunitných buniek.
Ľudia s určitými chorobami krvi alebo imunitného systému - napríklad s leukémiou - potrebujú čerstvé zásoby HSC na výrobu nových buniek. Po celé desaťročia používali lekári na zvýšenie zásob transplantáty kostnej drene.
Existujú však limity, do akej miery môžu transplantácie kostnej drene ponúknuť riešenie. Napríklad nie vždy je možné nájsť zodpovedajúceho darcu, pretože telo príjemcu môže transplantované bunky odmietnuť.
Ďalším problémom, ktorý môže vzniknúť, je to, že počet transplantovaných HSC nemusí byť dostatočný na to, aby generovali dostatok krvi alebo imunitných buniek na liečenie choroby.
Problém s kultivovanými HSC
Vedci sa pokúsili kultivovať HSC v laboratóriu ako alternatívu k transplantácii kostnej drene. Rôzne pokusy o transplantáciu kultivovaných HSC však narazili na spoločný problém: HSC, ktoré vedci odstránili z kostnej drene, čoskoro stratia schopnosť samoobnovy v kultúre.
Akonáhle HSC stratia schopnosť vytvárať si nové kópie, zostáva im len budúcnosť, buď sa diferencovať na špecializované bunky, alebo zomrieť.
Pre novú štúdiu sa profesorka Mikkola a jej tím zamerali na to, čo sa stalo s génmi, keď HSC stratili schopnosť samoobnovy v laboratóriu.
Videli, že keď sa to stalo, niektoré gény sa vypli. Gény, ktoré sa vypínali, sa líšili podľa typov buniek, ktoré tvorili HSC.
Aby sme sa bližšie pozreli, tím vygeneroval bunky podobné HSC z dospelých pluripotentných kmeňových buniek, ktoré sa nemohli replikovať samy, a potom pozoroval ich génovú aktivitu.
Tento experiment ukázal, že existuje silná súvislosť medzi schopnosťou sebaobnovovania HSC a aktivitou HSC MLLT3 gen.
Aktívny MLLT3 je nevyhnutnou podmienkou
Zdá sa, že vysoké vyjadrenie MLLT3 zaisťuje dostatočný prísun svojich bielkovín, ktoré obsahujú pokyny potrebné na vlastnú obnovu HSC.
Proteín pomáha HSC strojnému zariadeniu pokračovať v práci, zatiaľ čo bunka vytvára svoju kópiu.
Ďalšie experimenty ukázali, že vloženie aktívneho MLLT3 gén do jadra HSC v laboratórnej kultúre zvýšila ich schopnosť autoreplikácie o faktor 12.
"Ak uvažujeme o množstve krvných kmeňových buniek potrebných na liečbu pacienta, je to značné množstvo."
Hanna K. A. Mikkola
Ďalšie štúdie, ktoré sa pokúšali dosiahnuť, aby sa HSC samy obnovovali v kultúre, používali malé molekuly. Profesorka Mikkola a jej tím však mali s týmto prístupom problémy.
Zistili, že bunky neboli schopné udržiavať hladiny proteínu MLLT3 a nepracovali dobre, keď ich tím transplantoval do myší.
Kombinácia týchto dvoch metód
Tím zistil, že kombinácia metódy s malými molekulami s MLLT3 aktivácia génu generovala HSC, ktoré sa správne integrovali do kostnej drene u myší.
Tieto HSC tiež produkovali všetky správne typy krviniek a zachovali si schopnosť sebaobnovy.
Vedci majú obavy z výroby transplantovateľných HSC v laboratóriu kvôli zaisteniu ich správnej funkcie, akonáhle sú v tele.
HSC musia byť schopné replikovať sa správnym tempom a nesmú získavať mutácie, ktoré by mohli viesť k chorobám, ako je leukémia.
Ukazuje sa, že zabezpečenie stabilných hladín proteínu MLLT3 spĺňa tieto požiadavky.
Vedci teraz pracujú na metódach manipulácie MLLT3 bezpečnejšie a ľahšie.
