Naukowcy z Washington University School of Medicine (Saint Louis w Stanach Zjednoczonych) przeprowadzili konwersję ludzkich fibroblastów do specyficznego typu komórek nerwowych. W tym doświadczeniu zastosowano cząsteczki miRNA. Otrzymane wyniki odkrywają nowe możliwości terapeutyczne w przypadku uszkodzeń mózgu, a także chorób neurodegeneracyjnych. To nowe narzędzie medycyny regeneracyjnej może w przyszłości pomóc leczyć  chorobę Huntingtona.

– Szczególny rodzaj neuronów opisany w naszych badaniach to średnie neurony kolczyste – wyjaśnia dr Andrew S. Yoo z Washington University School of Medical. – Jest to jeden z typów komórek dotkniętych w chorobie Huntingtona.

W prezentowanych badaniach naukowcy odkryli, iż zastosowanie specyficznych dla mózgu cząsteczek miRNA umożliwia bezpośrednią konwersję ludzkich fibroblastów do wyspecjalizowanych komórek nerwowych zlokalizowanych w ciele prążkowanym. W doświadczeniu zastosowano miRNA-9/9* oraz miRNA-124. Analiza odkryła również, że  użycie w tym procesie charakterystycznych czynników transkrypcyjnych dla rozwijających się neuronów: BCL11B, DCX2 oraz MYT1L wspomaga przemianę użytych struktur komórkowych do neuronów wykazujących charakterystyczne właściwości z naturalnymi neuronami kolczystymi.

– Opracowaliśmy technikę specyficznego reprogramowania komórek do neuronów w celach długoterminowego ich wykorzystania do tworzenia modeli komórkowych w chorobach neurodegeneracyjnych – podkreśla dr Andrew S. Yoo. – W tym przypadku możliwe jest bezpośrednie użycie próbek tkankowych od pacjentów oraz ich łatwego przekształcenia do odpowiednich struktur układu nerwowego. Nasze badania mogą ewentualnie posłużyć do stworzenia wiarygodnej platformy badań przesiewowych na obecność narkotyków.

miRNA-9/9* oraz miRNA-124 stanowią komponenty szlaku kontrolującego specyficzny, zależny od ATP remodeling chromatyny, zachodzący w trakcie rozwoju struktur nerwowych. Ponadto, zastosowanie tych cząsteczek wpływa na regulację ekspresji genów hamujących rozwój nerwowy. Jednoczesne zastosowanie czynników transkrypcyjnych wzmacnia efekt działania miRNA na fibroblasty. Zastosowanie w tym przypadku jedynie BCL11B, DLX1, DLX2 oraz MYT1L jest zupełnie nieefektywne. Dopiero kombinacja obu grup czynników, generuje tworzenie komórek nerwowych odpowiadających profilowi naturalnie występujących struktur w ciele prążkowanym mózgu.

Dalsze analizy wykazały, iż w mysim modelu takie komórki aktywnie funkcjonują oraz prezentują porównywalne właściwości do naturalnych struktur ciała prążkowanego mózgu (m.in. tworzenie potencjału błonowego). Naukowcy odkryli, że wspólna hodowla ze szczurzymi komórkami kory mózgowej, powoduje wytworzenie funkcjonalnych synaps. Ponadto, w porównaniu z komórkami przekształcanymi z iPSCs, uzyskano dzięki tej technologii homogenną grupę komórek nerwowych.

– Przeprogramowane komórki pokazują profil ekspresji genowej oraz właściwości elektrofizjologiczne porównywalne z neuronami – tłumaczy dr Andrew S. Yoo. – Ich identyczność ze średnimi neuronami kolczystymi pozostaje otwartym pytaniem. Aktualnie poszukujemy na nie odpowiedzi.

Stworzenie pierwszych indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (ang. induced pluripotent stem cells – iPSCs) przez Takahashi’ego oraz Yamanakę w 2006 r. na modelu zwierzęcym, a rok później z ludzkich fibroblastów, spowodowało przełom w medycynie regeneracyjnej. Pierwsza procedura przekształcenia komórek somatycznych w iPSCs opierała się na zastosowaniu specyficznych czynników warunkujących zmiany na poziomie struktury chromatyny. Stanowią one czynniki umożliwiające utrzymanie pluripotencjalności komórek. Do tej pory w takiej technologii najczęściej stosuje się cztery geny kodujące niezbędne w procesie różnicowania do iPSCs czynniki: OCT-3/4, SOX2, KLF4, c-MYC. Obecnie, poprzez zastosowanie charakterystycznych dla wyspecjalizowanych typów komórek czynników niezbędnych do ich rozwoju, możliwa jest konwersja komórek somatycznych w inny typ w pełni zróżnicowanych struktur, np. fibroblastów do komórek nerwowych czy hepatocytów do mioblastów.