Istraživači s Babraham instituta koji inače ima usku saradnju s Univerzitetom Cambridge, prikupili su uzorke ćelija kože od tri ljudska darivatelja koji su imali prosječnu dob oko 50 godina.
Uzorke su izložili posebnim molekularnim faktorima za koje se prije nekoliko godina pokazalo kako mogu reprogramirati ćelije. To znači da mogu podmladiti i diferencirane ćelija, koje imaju određene specifične uloge u organizmu i od njih napraviti nediferencirane, matične ćelije.
Ovako tretirane ćelije, koje su reprogramirane da postanu matične, naučnici nazivaju inducirane matične ćelije, skraćeno iPS.
Molekularne faktore – gene i proteine koje ti geni kodiraju, a mogu „reprogramirati“ ćelije, otkrio je japanski naučnik Shinya Yamanaka sa svojim timom 2006. Ti proteini kontrolišu prepisivanje genetičke šifre (tzv. „transkripcijski faktori“) te mogu „obratiti“ odrasle, diferencirane stanice da ponovo budu u stadiju pluripotentnih matičnih stanice.
Yamanaka je 2012. dobio i Nobelovu nagradu za ovo otkriće, a ti faktori su danas poznati kao Yamanakini faktori.
Epigenetički utjecaji
Kako starimo, naša DNK postaje označena hemikalijama, pa nam praćenje ovih markera može pomoći da odredimo koliko su stara naša tijela. Ovo je poznato kao naš epigenetički sat.
Epigenetika je relativno mlada nauka koja proučava negenetičke načine kontrole gena. U osnovi, to su svi oni negenetički faktori koji imaju spsobnost neki dio genoma učiniti „čitljivim“ ili „nečitljivim“. Naime, ako je DNK jako sabijena, geni se ne mogu „čitati“, odnosno ne mogu se prevoditi u RNK i napose, u protein. Kao da je knjiga gena zatvorena. Ovaj skup DNK prepisa, transkripata, odnosno genom koji ima ekspresiju, njegov aktivni dio, naučnici zovu transkriptom.
Različite manje molekule se mogu „nakačiti“ na DNK i mijenjati njenu funkciju, odnosno funkciju aktivnosti gena. Sa starenjem se mijenja upravo to – svi geni koje imamo, primjerice oni za sintezu kolagana ili hijaluronske kiseline, tvari koje kožu čine glatkom, su tu, ali opada njihova aktivnost. To znači da organizam sintetiše manje kolagena i drugih molekula i to dovodi do stvaranja bora.
S vremenom će se neki od naših gena ili uključiti ili isključiti, postati manje ili možda više aktivni, a naučnici tek sada otkrivaju mehanizme kontrole aktivnosti gena.
„Okretanje unazad“ epigenetičkog sata
Upravo su Yamanakini faktori korišteni i za podmlađivanje ćelija kože. Tim s Babraham instituta, istraživački program Epigenetika, uspio je djelomično obnoviti funkciju starijih ćelija, kao i podmladiti molekularne markere biološke starosti. Istraživanje je objavljeno u časopisu eLife i, iako je u ranoj fazi istraživanja, moglo bi revolucionirati regenerativnu medicinu.
Njemački molekularni biolog Wolf Reik, postdoktorand Diljeet Gill i tim na Babraham institutu nadogradili su Yamanakin rad. Yamanaka je uzgajao matične ćelije izlažući odrasle diferencirane ćelije transkripcijskim faktorima oko 50 dana. Reikov i Gillov tim izložio je ćelije kože istim molekulama samo 13 dana, a zatim ih pustio da rastu u prirodnim uslovima.
Gill i njegov tim otkrili su da se epigenetički sat i profili transkriptoma djelomično reprogramiranih ćelija podudaraju s profilima ćelija kože koje su pripadale ljudima koji su bili 30 godina mlađi.
Vrijedno otkriće
Podmlađene ćelije su funkcionisale kao mlađe, stvarajući više kolagena od onih koje nisu bile podvrgnute reprogramiranju. A kada se stave na umjetnu ranu, reprogramirane ćelije su se pomaknule kako bi zatvorile jaz mnogo brže nego starije.
Diljeet je zaključio : „Naši rezultati predstavljaju veliki korak naprijed u našem razumijevanju reprogramiranja stanica. Dokazali smo da se stanice mogu pomladiti bez gubitka njihove funkcije i da pomlađivanje nastoji vratiti neke funkcije starim stanicama. Činjenica da smo također vidjeli obrnuti pokazatelji starenja u genima povezanim s bolestima posebno je obećavajuća za budućnost ovog rada.”
Profesor Wolf Reik, koji je vodio istraživanje, rekao je: „Ovaj rad ima vrlo uzbudljive implikacije. Naposljetku, možda ćemo moći identificirati gene koji se pomlađuju bez reprogramiranja i posebno ciljati na one kako bi smanjili učinke starenja. Ovaj pristup obećava vrijedna otkrića koja bi mogla otvoriti nevjerovatan terapijski horizont.”
Ovo nisu prvi pokušaji podmlađivanja ćelija reprogramiranjem Yamanaka faktorima. Na Institutu Salk u Kaliforniji naučnici su primijenili faktore na miševima i ljudskim ćelijama u kulturi. Tim naučnika, predvođen uglednim španskim istraživačem Juan Carlos Izpisua Belmonteom uspjeli su reprogramirati stanice miševa koji su imali progeriju, jedno nasljedno oboljenje koje se karakteriše ubrzanim starenjem stanica i cijelog organizma. Životinje kod kojih su aktivirani Yamanaka faktori živjele su 30% duže, kičma im je postala ispravljenija, a organizam brže oporavljao od povreda.
Ovo ne znači da ćemo imati kreme koje podmlađuju kožu i da ćemo i sa pedeset godina moći izgledati kao da nam je dvadeset. Mijenjanje ekspresije gena pojačava sposobnost ćelija za diobu, a to nije uvijek dobro. Rak je upravo stanje u kojem se ćelije nenormalno dijele. Ova tehnika se još ne može koristiti u kliničke svrhe jer su prethodne studije otkrile da može povećati rizik od raka.
Ovakva istraživanja su korisna jer pomažu otkriti koji su to dijelovi genoma važni za mladalačku funkciju ćelija i omogućuju da se stvaraju matične ćelije na druge načine, mimo pohrane iz pupčane vrpce ili koštane srži. Ćelije iz koštane srži, premda jesu matične, mogu producirati samo ćelije krvne loze. Pomoću Yamanaka faktora od bilo kojih ćelija bi se teoretski mogle stvoriti matične. Ovakva istraživanja otvaraju put novih terapija, pa možda i stvaranje vještačke kože koja bi mogla pomoći unesrećenima od opekotina.