Θα μπορούσαν να φτιαχτούν ανταλλακτικά μέρη του σώματος, ιστοί και κύτταρα στο μέλλον;

Μια πρωτοποριακή μελέτη – με επικεφαλής τον καθηγητή Yossi Buganim στο Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας της Ιατρικής Σχολής του Εβραϊκού Πανεπιστημίου της Ιερουσαλήμ και τον καθηγητή Tommy Kaplan στη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υπολογιστών του HU και στο Τμήμα Υπολογιστικής Βιολογίας – αποκάλυψε 14.000 μοναδικές τοποθεσίες στο DNA που μαζί αποτελούν το πιο στοιχειώδες σχέδιο για την εμβρυογένεση – τη δημιουργία εμβρύων.

Τα κύτταρα του δέρματος που λαμβάνονται από ένα αχρησιμοποίητο έμβρυο μπορούν να επαναπρογραμματιστούν σε άλλους τύπους κυττάρων, καθώς τα τεχνητά εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα που παράγονται από κύτταρα του δέρματος είναι πανομοιότυπα με τα φυσικά βλαστοκύτταρα που αναπτύσσονται στα πρώτα στάδια της διαδικασίας εμβρυϊκής ανάπτυξης και είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη όλων των κυττάρων ενός εμβρύου.

Ωστόσο, δεν μπορούν να δημιουργήσουν εμβρυϊκούς ιστούς που βρίσκονται έξω από το έμβρυο, όπως ο πλακούντας.

Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στο έγκριτο περιοδικό Nature Communications υπό τον τίτλο «Συγκριτική παράλληλη πολυομική ανάλυση κατά την επαγωγή πολυδύναμων και τροφεκτοδερμικών καταστάσεων».

Το 2006, Ιάπωνες επιστήμονες εισήγαγαν τέσσερα εμβρυϊκά γονίδια στα κύτταρα του δέρματος και επαναπρογραμμάτισαν με επιτυχία αυτά τα κύτταρα του δέρματος για να δράσουν σαν εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα.

Το 2015, ο Buganim και η ομάδα του ήταν οι πρώτοι στον κόσμο που ανακάλυψαν πώς να δημιουργούν τεχνητά βλαστοκύτταρα πλακούντα από κύτταρα του δέρματος. Αυτό το βήμα δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να δημιουργήσουν τους δύο πρώτους τύπους βλαστικών κυττάρων στη διαδικασία εμβρυϊκής ανάπτυξης που συμβαίνει αμέσως μετά τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου από το σπέρμα.

Εξέταση της διαδικασίας

Η ερευνητική ομάδα η οποία περιελάμβανε τους διδακτορικούς φοιτητές Mohammad Jaber, Ahmed Radwan και Netanel Loyfer, εξέτασε προσεκτικά τη διαδικασία στην οποία υποβάλλονται τα κύτταρα του δέρματος για να μετατραπούν είτε σε εμβρυϊκά είτε σε βλαστικά κύτταρα πλακούντα.

«Αναλύσαμε τις αλλαγές που υφίστανται τα κύτταρα του δέρματος για να αλλάξουν την ταυτότητά τους και να γίνουν ένας από τους δύο πρώτους τύπους βλαστικών κυττάρων».

«Εξετάσαμε επίσης τις αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση του κυττάρου του δέρματος, στην προσβασιμότητα και τη δραστηριότητα του DNA εντός του πυρήνα του μεταβαλλόμενου κυττάρου του δέρματος και στους επιγενετικούς δείκτες (σημάδια που “διακοσμούν” το DNA και είναι υπεύθυνα για τη γονιδιακή έκφραση). Όλα αυτά είναι κρίσιμα όταν προσπαθούμε να μετατρέψουμε ένα κύτταρο του δέρματος σε ένα τεχνητό εμβρυϊκό ή πλακουντιακό βλαστικό κύτταρο», εξήγησε ο Buganim.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στα κύτταρα του δέρματος για να γίνουν είτε εμβρυϊκά είτε πλακουντοφόρα τεχνητά βλαστοκύτταρα ήταν εντελώς διαφορετικές μεταξύ τους σε κάθε επίπεδο, παρά το γεγονός ότι και τα δύο ξεκίνησαν ως κύτταρα του δέρματος.

Όταν ένα κύτταρο του δέρματος μετατρέπεται σε ένα τεχνητό εμβρυϊκό βλαστικό κύτταρο, τα μέρη του DNA που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία του εγκεφάλου, της καρδιάς και του ήπατος αρχίζουν να αναδιοργανώνονται και να προετοιμάζονται για να διαφοροποιηθούν, όταν τους δόθηκε το σωστό σήμα στον εγκέφαλο, την καρδιά ή τα ηπατικά κύτταρα.

Στον αντίποδα, όταν τα ίδια κύτταρα μεταμορφώνονταν σε ένα τεχνητό βλαστικό κύτταρο πλακούντα, οι θέσεις DNA άρχισαν να αναδιοργανώνονται για να επιτρέψουν στο μεταβαλλόμενο κύτταρο να εμφυτευτεί και να προσελκύσει αιμοφόρα αγγεία – ένα φαινόμενο που συμβαίνει φυσικά, επιτρέποντας στο έμβρυο να εμφυτευτεί στη μήτρα.

Αξιοσημείωτη ανακάλυψη

Η πιο αξιοσημείωτη ανακάλυψη ήρθε όταν η ομάδα συνέκρινε τις δύο διεργασίες δίπλα-δίπλα και εξέτασε ένα χημικό μόριο που ονομάζεται μεθύλιο, το οποίο αλληλεπιδρά με συγκεκριμένες περιοχές του DNA και είναι υπεύθυνο για τη φίμωση της έκφρασής τους.

«Ανακαλύψαμε ότι τα τεχνητά βλαστοκύτταρα του πλακούντα περιείχαν σχεδόν 14.000 θέσεις DNA με μεθυλεστέρα, αλλά δεν ήταν πουθενά ορατά στα τεχνητά εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα», ανέφερε ο Buganim.

Όταν η ερευνητική ομάδα προσπάθησε να κατανοήσει τη σημασία αυτών των περιοχών DNA, διαπίστωσε ότι είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία όλων των οργάνων και κυττάρων στην ανάπτυξη εμβρύων, από τον εγκέφαλο, την καρδιά, το ήπαρ και τα νεφρά έως τον σκελετό, το νωτιαίο μυελό και τους συνδετικούς ιστούς.

Αυτή η σημαντική ανακάλυψη μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση του εμβρυϊκού αμυντικού συστήματος, το οποίο εμποδίζει τα πρώιμα κύτταρα του πλακούντα να εξελιχθούν σε εμβρυϊκά κύτταρα.

«Δεδομένου ότι τα κύτταρα του πλακούντα είναι ευαίσθητα σε βλάβες και λοιμώξεις, ο φυσικός αμυντικός μηχανισμός του σώματος εμποδίζει τα κύτταρα του πλακούντα να μεταναστεύσουν στο αναπτυσσόμενο έμβρυο και να προσκολληθούν σε αυτό για να γίνουν μέρος του εμβρύου», κατέληξε ο Buganim.

«Συνολικά, αυτή η μελέτη φωτίζει βασικά χαρακτηριστικά που χαρακτηρίζουν την ικανότητά μας να επαναπρογραμματίζουμε τα κύτταρα και παρέχει ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη της κυτταρικής πλαστικότητας και των αποφάσεων για την τύχη των κυττάρων».

Πηγή:jpost.com