Cum să transformi o picătură de sânge într-o celulă universală: Substanțe chimice revoluționare bazate pe celule stem

Până de curând, transformarea unei celule adulte într-o celulă pluripotentă (capabilă să devină orice tip de țesut) necesita introducerea „factorilor Yamanaka” în aceasta folosind virusuri sau plasmide ADN. Acum, cercetători din SUA, Japonia și Franța, conduși de Dr. Feng Peng, au demonstrat că un singur set de molecule organice mici este suficient pentru a reprograma celulele sanguine periferice umane în celule stem pluripotente induse chimic (hCiPS). Studiul este publicat în revista Cell Stem Cell.

De ce este important acest lucru?

• Siguranță. Absența vectorilor virali și a genelor străine reduce riscul de mutații și respingere imună.
• Versatilitate: Sângele este o sursă accesibilă: nu este nevoie să se recolteze biopsii de piele sau alte țesuturi.
• Viteză. Doar 12-14 zile în loc de câteva săptămâni sau luni, ca în cazul metodei clasice.
• Traducibilitate. Substanțele chimice sunt ușor de standardizat și de produs conform standardelor GMP.

Protocol de hacking chimic în doi pași

1. Stadiu de plasticitate ridicată (stare plastică).

   • Celulele sanguine (celule mononucleare) sunt cultivate într-un mediu cu șase molecule mici (să le numim complexul TNT). Printre acestea:

     • Inhibitori GSK3β și MEK,

     • Modulatori de semnalizare Wnt,

     • Inhibitori HDAC,

     • Agoniști specifici ai SIRT1.

   • În 6-8 zile, celulele își pierd markerii „sângelui” și dobândesc proprietățile unui epiteliu extrem de plastic, gata să activeze gene pluripotente.

2. Etapa de consolidare a pluripotenței.

   • Se adaugă două molecule suplimentare care stimulează activarea endogenă a genelor OCT4, SOX2 și NANOG, „reglatorii principali” ai pluripotenței.

   • În următoarele 4-6 zile, se formează colonii stabile de celule hCiPS cu morfologie de celule stem și expresie a markerilor TRA-1-60 și SSEA-4.

Ce au obținut oamenii de știință?

• Eficiență: până la 0,1% din celulele sanguine originale formează colonii hCiPS complete - comparabile cu metodele virale tradiționale.
• Funcționalitate: Celulele hCiPS sunt capabile să se transforme în toate cele trei straturi germinale embrionare: neuroni, cardiomiocite, celule hepatice, celule β pancreatice etc.
• Fără „amprente chimice” reziduale: secvențierea profundă nu a relevat nicio integrare a ADN-ului exogen și o stare epigenetică apropiată de celulele stem embrionare.

Perspective pentru medicină

1. Regenerare hematopoietică. Celulele hCiPS autologe pot fi redirecționate înapoi în linia hematopoietică, restabilind zeci de tipuri de celule imune și sanguine în leucemii și imunodeficiențe.
2. Organoizi și transplant. Mini-inimi, ficaturi sau pancreasuri cultivate în laborator din celule hCiPS vor servi drept model de boli și sursă pentru transplant fără riscul de respingere.
3. Testarea medicamentelor. Modelele personalizate de boli bazate pe hCiPS vor permite „replicarea” bolii din sângele extras prin extracție și selectarea terapiei optime.
4. Medicină cosmetică și neurodegenerativă. Diferențierea direcționată a celulelor hCiPS în sisteme stem dermice și neuronale oferă noi abordări pentru tratamentul psoriazisului, bolilor Alzheimer și Parkinson.

Ce urmează?

• Îmbunătățirea eficienței. Optimizarea compoziției moleculelor mici și a condițiilor de cultură, creșterea randamentului coloniilor hCiPS.
• Siguranță și urmărire pe termen lung. Testarea stabilității genomice și a absenței transformării maligne in vivo.
• Studii clinice. Faza I/II cu evaluarea siguranței și biodisponibilității produselor hCiPS în tratamentul bolilor severe de sânge și cardiomiopatiilor.

„Repornirea chimică completă a codului stem al celulelor sanguine este o adevărată descoperire, deschizând calea către o medicină celulară accesibilă și sigură, fără intervenții virale”, conchide Dr. Feng Peng.

Autorii notează câteva aspecte cheie:

• Siguranță fără genom
  „Absența integrării genelor exogene în genomul celulelor hCiPS reduce riscul de transformare oncogenă și de respingere imună în comparație cu metodele virale”, subliniază Dr. Feng Peng, autorul principal al studiului.

• Standardizabilitatea protocolului
  „Abordarea chimică facilitează scalarea și standardizarea producției de celule stem în condiții GMP – este suficient să se prepare o soluție de șase molecule mici și să se respecte o cronometrare strictă”, adaugă coautoarea prof. Maria Lebedeva.

• Perspectivă clinică
  „Intenționăm să evaluăm celulele hCiPS în modelele de leucemie și diabet pentru a vedea cât de repede reconstituie hematopoieza și celulele β fără riscurile asociate vectorilor virali”, spune Dr. Jonathan Smith.

• Stabilitate pe termen lung
  „Datele preliminare arată că hCiPS își păstrează stabilitatea genomică și epigenetică după 20-30 de pasaje, ceea ce este important pentru aplicațiile terapeutice ulterioare”, notează Dr. Aiko Yamamoto.

Aceste comentarii evidențiază faptul că reutilizarea chimică a celulelor sanguine în celule stem pluripotente combină siguranța, standardizabilitatea și potențialul clinic pentru medicina regenerativă personalizată.