Brytyjczyk John B. Gurdon i Japończyk Shinya Yamanaka to tegoroczni laureaci nagrody Nobla w dziedzinie medycyny lub fizjologii. Ich badania pokazały, że dorosłe komórki można przeprogramować tak, by "odzyskały młodość" i podobnie, jak zarodkowe komórki macierzyste mogły przekształcić się w dowolne komórki naszego ciała. Jak w rozmowie z dziennikarzem RMF FM Grzegorzem Jasińskim podkreśla profesor Józef Dulak z Zakładu Biotechnologii Medycznej UJ, to odkrycie o wielu możliwych zastosowaniach, między innymi do kontroli bezpieczeństwa leków i badania mechanizmów niektórych chorób. W przyszłości, indukowane komórki pluripotencjalne, zwane iPS-ami posłużą też do regeneracji naszych organów.

Posłuchaj rozmowy z prof. Józefem Dulakiem

Grzegorz Jasiński: Panie profesorze nie będę ukrywał, że już dwa tygodnie temu powiedział mi pan, kto dostanie w tym roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. Mogę tylko zapytać, czy ma to związek z naturalną bliskością tematu, o którym mówimy, czy też ma pan jakieś powody, by przypuszczać, że to jest właśnie ten rok, kiedy nagroda powinna przypaść tym badaczom?

Na tę nagrodę zanosiło się już od kilku lat. Często wstępem do Nagrody Nobla jest przyznanie Nagrody Laskera - amerykańskiej nagrody naukowej, którą właśnie John Gurdon i Shinya Yamanaka otrzymali w roku 2009. Więc właściwie od tego czasu można było już spodziewać się, że niedługo będzie dla nich Nobel. Jeśli chodzi o Nobla dla profesora Johna Gurdona, to został on przyznany 50 lat po jego pierwszych badaniach, które dały niewątpliwie początek zastosowaniom metod reprogramowania i początek odkryciom, które są dziełem Shinya Yamanaka. Natomiast nagrodzenie profesora Shinya Yamanaka - w bardzo krótkim czasie po pierwszych doświadczeniach, które pokazały możliwość reprogramowania komórek somatycznych, czyli komórek naszego organizmu do bardzo pierwotnych komórek macierzystych - może budzić zdziwienie czy zastanowienie. Mija teraz dopiero 6 lat od tego odkrycia. W 2006 roku reprogramowali komórki mysie, w 2007 zwierzęce. Ale metoda, którą opracował Yamanaka i Takahashi została potwierdzona, zweryfikowana przez tysiące laboratoriów na świecie, a więc mamy tutaj do czynienia z czymś, co jest rzeczywiście pewne, z czymś, co działa. 

Wróćmy na chwilę do badań profesora Gurdona. Praca ukazała się w 1962 roku. Metody stosowane wtedy i teraz są zupełnie inne.

Ale zasada jest bardzo podobna. Chodzi o to, żeby genom komórki, która jest już zróżnicowana, cofnąć do bardzo wczesnego etapu. Gurdon uzyskał to w ten sposób, że do pozbawionej jądra komórkowego komórki jajowej żaby wprowadził jądro komórkowe z jelita kijanki, czyli jądro komórkowe komórki już zróżnicowanej, komórki jelita. Ale specyficzne środowisko komórki jajowej, różnego rodzaju białka, czynniki które znajdują się w komórce jajowej i jej w cytoplazmie sprawiły, że genom tego jądra komórkowego z jelita wrócił do wczesnego stanu - takiego, który pozwolił na rozwój podziału tej komórki jajowej i rozwój w kijankę. Metoda, którą opracował Shinya Yamanaka ze swoim współpracownikiem jest właściwie pod względem zasady bardzo podobna. Chodzi o to, żeby genom komórki zróżnicowanej cofnąć do stanu pierwotnego, do takiego momentu, kiedy będzie mogła ona dzięki zastosowaniu różnych czynników przybrać różną postać. Yamanaka uzyskał to w ten sposób, że wprowadził do komórki zróżnicowanej cztery geny kodujące - tzw. czynniki transkrypcyjne - czyli białka regulujące ekspresję wielu różnych genów. To są czynniki transkrypcyjne, które oczywiście Yamanaka musiał jakoś zidentyfikować. Te czynniki w tej chwili są określane jako tzw. Koktajl Yamanaki i dzięki aktywności tych genów, które w naszych dorosłych komórkach już nie są aktywne, dzięki ich aktywności w komórkach zróżnicowanych, te komórki mogą się cofnąć do wcześniejszego stadium odpowiadającego komórkom embrionalnym, macierzystym. Badania Yamanaki są często przeciwstawiane badaniom nad zarodkowymi komórkami macierzystymi, o dużym potencjale zróżnicowania i w przyszłości być może będą mogły być wykorzystane w medycynie regeneracyjnej. Stały się one niewątpliwie podstawą tego, co udało się osiągnąć tegorocznemu laureatowi. Nie byłoby metody reprogramowania dorosłych komórek somatycznych, która nie budzi oporów etycznych bez badania zarodkowego komórek macierzystych.

Jakiego typu nadzieje związane z wykorzystaniem IPS-ów uważa pan w tej chwili za najbardziej realne?

Najbliższe zastosowania są badania nad IPS-ami, w których te komórki używane są jako narzędzie do badania i testowania leków. Jak wiadomo, aby jakaś substancja mogła być uznana za lek, musi być potwierdzona nie tylko jej skuteczność działania w określonej chorobie, ale również bezpieczeństwo. Dzięki IPS-om możemy komórki skóry reprogramować do IPS-ów, a następnie takie komórki pluripotencjalne zróżnicować - np. do karbiomiocytu - i takie karbiomiocyty, już ludzkie wykorzystywać do badania toksyczności leków. To jest niewątpliwie obecnie największy obszar zainteresowania dużych firm farmaceutycznych, które prowadzą intensywne badania w tym kierunku. Drugi obszar zastosowania komórek indukowanych pluripotencjalnych, to ich wykorzystanie do badania mechanizmów chorób, do modelowania ich przebiegu.  Obecnie nie możemy zbadać, jak się zachowują komórki nerwowe, np. pacjentów z chorobą Parkinsona czy stwardnieniem zanikowym bocznym, ponieważ niemożliwe jest pobranie i hodowanie komórek nerwowych od takich pacjentów, ale - to co już w tej chwili jest możliwe i co zostało pokazane - można pobrać od takich pacjentów komórki skóry, reprogramować je do IPS, a następnie je zróżnicować do komórek nerwowych i badać, porównywać, jak się zachowują komórki nerwowe pacjentów z chorobą Parkinsona, czy stwardnieniem zanikowym bocznym w porównaniu z komórkami zdrowego człowieka. W wielu chorobach udało się tego typu doświadczenia przeprowadzić, uzyskano takie komórki od pacjentów z dystrofią mięśniową, mukowiscydozą, czy innego rodzaju chorobą. Trzeci obszar zastosowania komórek macierzystych, który się nasuwa jako pierwszy, ale wydaje się dość odległy w realizacji, to wykorzystanie IPS-ów w medycynie regeneracyjnej, czyli do naprawy narządów np. uszkodzonego mięśnia sercowego, czy niezbyt dobrze funkcjonującego układu nerwowego w chorobach neurodegeneracyjnych - ale tutaj jest kilka bardzo poważnych problemów technicznych do rozwiązania. Z jednej strony IPS-y dzięki temu, że mogą być uzyskane od każdego pacjenta, to mogą być potencjalnie stosowane u tego samego pacjenta - czyli znika problem niezgodności genetycznej komórek macierzystych. Ale zarówno metoda reprogramwoania jaką w tej chwili się stosuje, jak i sam fakt, że te komórki mają rzeczywiście właściwości pluripotencjalne, stwarza pewna ryzyko efektów niepożądanych, ubocznych. Niezróżnicowane, embrionalne komórki macierzyste, czy też niezróżnicowane indukowane, pluripotencjalne komórki macierzyste, jeżeli znajdą się w organizmie człowieka, czy zwierzęcia doświadczalnego np. myszy, mogą potencjalnie utworzyć nowotwór. To jest największy problem w tej chwili - jeśli chodzi o możliwość wykorzystania tych komórek w medycynie regeneracyjnej - ale musimy oczywiście pamiętać o tym, że nikt nie myśli o stosowaniu niezróżnicowanych komórek embrionalnych czy niezróżnicowanych IPS-ów w medycynie regeneracyjnej po to, aby np. naprawić uszkodzony po zawale mięsień sercowy. Nikt nie będzie wstrzykiwał do serca niezróżnicowanych komórek macierzystych - tylko zróżnicowane już kardiomiocyty - ale oczywiście pewne problemy techniczne istnieją. Z tego powodu myślę, że medycyna regeneracyjna wydaje się być na kolejnym etapie - raczej jeszcze nie w tej chwili - aczkolwiek Japończycy już planują w niedługim czasie wykorzystanie IPS-ów do terapii postępującej ślepoty. Oczywiście nie chodzi o podawanie do oka IPS-ów, tylko zamiast tego podawanie np. komórek barwnikowych, które będą uzyskiwane z takich IPSów.