Rys. 1. Neuryty uzyskane w badaniu. Zielony - Tuj-1(marker nerwowych komórek progenitorowych), czerwony - aktyna (wybarwione Phalloidin-eFluor 570)

Obecne techniki programowania komórek szpiku w inne są dość skomplikowane i ryzykowne. Z tego powodu nie wyszły one poza szalki laboratoryjne. Jednak nowe odkrycia dają nadzieję na zwiększenie bezpieczeństwa i uproszczenie technologii. Terapie komórkowe z wykorzystaniem komórek pacjenta mogą mieć szerokie zastosowanie między innymi w leczeniu uszkodzeń rdzenia kręgowego czy udarów, minimalizując jednocześnie ryzyko odrzucenia immunologicznego.

"Uzyskane rezultaty wskazują na potencjał przeciwciał jako wszechstronnych manipulatorów funkcji komórki. Takie podejście jest dalekie od tradycyjnego ich pojmowania jako cząsteczek wiążących różne czynniki" – mówi profesor Richard A. Lerner. Jego zespół odkrył opisywaną metodę podczas badań nad sztucznymi przeciwciałami, które stymulują receptor wzrostu na komórkach szpiku. Jedno z przeciwciał okazało się tym, które indukuje komórki szpiku w kierunku nerwowych komórek progenitorowych, rodzaju macierzystych komórek mózgu. Tradycyjnie różnicowanie zachodzi w kierunku białych krwinek.

Naturalne przeciwciała to duże Y-kształtne białka produkowane przez komórki odpornościowe. Od 1980 roku biolodzy molekularni znają sposób na produkcję przeciwciał w laboratoryjnych hodowlach komórkowych. Dostarczyli w ten sposób cząsteczki-narzędzia do tworzenia sond badawczych, diagnostyki i terapii nowotworów, zapalenia stawów, zapobiegania odrzutom przeszczepów, infekcjom wirusowym i wielu innym chorobom.

Pod koniec lat 80-tych profesor Lerner wraz ze współpracownikami z TRSI wynalazł pierwszą technikę do tworzenia dużych bibliotek przeciwciał i szybkiego badania ich zdolności wiązania się do określonych struktur. Przeciwzapalne przeciwciało Humira, najlepiej sprzedający się lek 2012 roku, zostało odkryte przy zastosowaniu tej technologii.

W zeszłym roku laboratorium Lernera opracowało nową technikę wykrywania przeciwciał. Są one produkowane w komórkach ssaczych wraz z receptorami lub innymi strukturami, będącymi obiektem zainteresowania. Technika ta pozwoliła badaczom określić, nie tylko które przeciwciała z biblioteki wiążą się do receptora, ale też czy go aktywują, zmieniając tym samym funkcjonowanie komórki.

W najnowszym badaniu współpracownik Lernera Jia Xie zmodyfikował starą technikę tak, że białka przeciwciał są fizycznie przymocowane do zewnętrznej błony komórkowej, w pobliżu docelowych receptorów. Ograniczenie aktywności przeciwciała w komórce, w której jest produkowane, pozwoliło na użycie większych bibliotek przeciwciał i szybsze badanie ich specyficznej aktywności. Dzięki tej technice naukowcy mogą przeczesać miliony przeciwciał z bibliotek w ciągu kilku dni.

Nowa metoda została zastosowana do szukania przeciwciał aktywujących receptor GCSF, będący czynnikiem wzrostu komórek szpiku i innych. Leki naśladujące działanie GCSF są jednymi z lepiej sprzedających się leków biotechnologicznych. Osiągają one zdolność stymulacji wzrostu białych krwinek, przez co mają zastosowanie przy tłumieniu efektów ubocznych chemioterapii.

Zespół badawczy w toku prac wyizolował typ przeciwciała, które powinno aktywować receptor GCSF i stymulowało wzrost komórek testowych. Następnie przetestowano niezwiązaną wersję przeciwciała na ludzkich komórkach macierzystych szpiku. Białko GCSF zgodnie z oczekiwaniami stymulowało komórki szpiku do przemiany w białe krwinki. Tymczasem przeciwciało naśladujące GCSF dało zaskakujący rezultat. Komórki wydłużały się i przyczepiały się do dna szalki. Testy z użyciem markerów potwierdziły, że są to neuronalne komórki progenitorowe.

Zmiana komórek szpiku w macierzyste komórki nerwowe jedynie poprzez aktywację pojedynczego receptora jest niezwykłym osiągnięciem. Naukowcy znają sposoby na transdyferencjację (przeprogramowaie) komórek szpiku w inne typy komórek, jednak te techniki wymagają radykalnego i ryzykownego deprogramowania ich do poziomu embrionalnych komórek macierzystych. Zaledwie w kilku badaniach udało się opracować technikę bezpośredniej transdyfercencjacji.

Jednak do tej pory nikt nie osiągnął transdyferencjacji stosując pojedyncze białko, które może stać się środkiem terapeutycznym.

Obecne metody terapii komórkowych zakładają pozyskanie komórek z pacjenta, następnie ich przeprogramowanie, namnożenie na szalce laboratoryjnej i na końcu ponowne wszczepienie. Według prof. Lernera odkryte przez niego przeciwciała mogą być bezpośrednio wstrzykiwane do krwi. Gdy znajdą drogę do szpiku, mogą zmienić niektóre komórki macierzyste szpiku w neuroprogenitorowe. Te z kolei mają zdolność do przemieszczania się i samodzielnie znajdują uszkodzone obszary w mózgu.

Naukowcy nie wiedzą, dlaczego nowe przeciwciało ma taki dziwny wpływ na receptory GCSF. Podejrzewają, że pozostaje dłużej związane z receptorem w porównaniu do naturalnych białek GCSF, co skutkuje zmianą szlaku sygnałowego receptora. Ostatnie doniesienia z innych badań nad lekami sugerują, że subtelne różnice we wpływie na rodzaj wiązania receptorów komórkowych i ich aktywacji może przynosić nieoczekiwane efekty biologiczne. Fakt ten jednocześnie komplikuje pracę i leczenie, lecz jednocześnie poszerza zakres możliwości. Skoro można wykorzystać jeden receptor na wiele sposobów, to potencjał genomu jest większy - podkreśla prof. Lerner.

Przeczytaj również:

„Śmieci” winiarzy okazały się cennymi substancjami

Nadzieja dla wielu par – mechanizm kontroli płodności odkryty

Seweryn Frasiński

źródła:

The Scripps Research Institute

Jia Xie, et al., “Autocrine signaling based selection of combinatorial antibodies that transdifferentiate human stem cells” PNAS April 23, 2013; DOI: 10.1073/pnas.1306263110