פריצת דרך של מכון תאי הגזע של הארוורד בנוגע לתכנות מחדש של תאים בוגרים
באדיבות דאג מלטון, הארוורד
—
עודכן לאחרונה
13/10/2010 13:58
חוקרים גילו דרך חדשה ליצירת תאי גזע מעור, עם הרבה פחות סיכון לסרטן – בדיווח בכתב העת Cell Stem Cell החוקרים אומרים שזו פריצת דרך קדימה בתכנות תאים בוגרים, אשר המכון בהארוורד יתחיל להשתמש בשיטה חדשה זו מיידית על מנת לייצר תאי iPS (induced pluripotent stem cells). תאים אלה יכולים להפוך לכל סוג תא.
דאג מלטון, מנהל משותף של המחלקה לתאי הגזע וביולוגיה מתחדשת בהארוורד אמר: "עבודה זו של דריק רוסי ועמיתיו פותרת את אחד האתגרים העיקריים בניסיון להשתמש בתאים של החולה עצמו על מנת לטפל במחלתו. אני צופה שזו תהפוך להיות הגישה המועדפת לייצר תאי iPS מחולים, ואנו אכן נשתמש בשיטה זו מעתה".
דריק רוסי וצוותו מן בית החולים לילדים של בוסטון השתמשו ב- mRNA סינתטי על מנת לתכנת מחדש פירובלסט (תאי עור בוגרים) והפכו אותם לתאים אשר נראים זהים לתאי גזע עובריים אנושיים. תאי גזע עובריים יכולים להפוך לכל סוג תא, והם אבני היסוד של כל הרקמות והאיברים האנושיים.
לאחר מכן החוקרים עשו שימוש ב- mRNA נוסף לתכנת תאים חדשים, אותם הם כינו RNA-iPS)), ויצרו תאי שריר. תאים אלה אמורים להיות מסוגלים להפוך לכל סוג של תא.
mRNA אמור להיות בטוח לשימוש בטיפול בחולים, אמר רוסי. mRNA נושא הוראות גנטיות, אך הוא אינו חודר ל- DNA של התאים, שלא כמו תאי iPS המיוצרים כיום ברחבי העולם.
בראיון אמר רוסי: "הממצאים שלנו מטפלים בשלושה מכשולים עיקריים בשימוש קליני בתאי iPS. הגישה אינה מפירה בשום אופן את השלמות הגנומית, שכן היא אינה זקוקה לשילוב של גנים או וירוסים לתוך ה- DNA של תאי המטרה; השיטה יעילה יותר בסדרי גודל בייצור תאי iPS מאשר שיטות קונבנציונליות, שידועות בחוסר היעילות שלהן; והיא נותנת לנו דרך לתכנת ישירות ולכוון את פיתוח תאי ה- iPS לסוגים שימושיים מבחינה רפואית.
נראה כי החוקרים פתרו את שלושת הבעיות העיקריות אשר הביכו את החוקרים מאז שהחוקר היפני שיניה יאמנקהעשה שימוש בארבעה גנים ב- 2006 לשם הפיכת ביברובלסט לתאים בעלי כל התכונות של תאי גזע עובריים. יאמנקה כינה אותם תאי( iPS (induced pluripotent stem cells) – ניתן היה לגרום להם להפוך לכל סוג תא בגוף.
עם זאת, יאמנקה השתמש בווירוס על מנת להכניס את הגנים לגנום של תאי המטרה, מה שיצר לפחות שני מכשולים עיקריים כאשר רצו להשתמש בתאי iPS לטיפול במחלות:
- סיכון לחלות בסרטן
- לא זהים לתאי גזע עובריים – על ידי הכנסת הגנים לגנום, ייתכנו שינויים אשר ישנו את התכונות של תאי ה- iPS שנוצרו.
מאז, חוקרים מרחבי העולם ניסו למצוא דרכים אחרות להפוך תאים בוגרים לתאי iPS על מנת לייצר שורות תאים הנושאים את הגנים של חולים, כך שהם יוכלו לחקור את המחלה, כמו גם לטפל בחולים באמצעות יצירת שורות תאים ספציפיות לחולים. כעת, כותבים החוקרים, נמצא מה שחיפשו.
רוסי מסביר: "רוב הגישות ליצירת תאי iPS מערבים סוג מסוים של שילוב לתוך הגנום, בדרך כלל ויראלי. ברור שפיתוח טכנולוגיה אשר אינה מפירה את שלמות הגנום הוא חשוב ביותר. מחקרים בטיפול גנטי לימדו אותנו לצערנו מהן הסכנות של השארת הווירוסים בגנום, שכן מטופלים אחדים פיתחו סרטן שמקורו בווירוסים אלה. כך שכאשר חושבים על שיטות לרפואה מחדשת, יש לשאוף לשימוש בתאים אשר הגנום שלהם נשאר שלם. אנו מאמינים ששימוש ב- RNA ליצירת תאים ורקמות הוא פתרון אידיאלי, מאחר ולמיטב ידיעתנו, RNA הוא לגמרי בלתי משתלב.
במילים אחרות:
- רוסי וצוותו יצרו mRNA, שליח מלאכותי הנושא את ההוראות מ- 4 הגנים בהם השתמש יאמנקה. ה- mRNA מורה לתאים הבוגרים לעבור תכנות מחדש, באותה הדרך בה השתמש יאמנקה, אך הפעם ללא שבירת שלמות הגנום של התא הבוגר.
- גם יאמנקה הצליח לעשות זאת, אך הוא לא יכול היה להימנע משבירת השלמות של הגנום של התא הבוגר.
ה- RiPS שנוצר הוא חסר טרנסגנים, כך שהם יותר דומים לתאי גזע עובריים אנושיים. כאשר רוסי וצוותו הישוו את תאי ה- RiPS שלהם לתאי גזע עובריים אנושיים, הם היו הרבה יותר דומים בהשוואה לתאי iPS אשר נוצרו באמצעות וירוסים.
אם כך, כיצד הופכים תאי RiPS לתאים שהחוקרים צריכים על מנת לטפל בחולים, כגון תאי בטא הנהרסים בסוכרת מסוג 1?
רוסי מסביר: "עד לשלב זה היה קשה מאוד לכוון תאים למטרות ספציפיות, או לסוגי תאים".
על מנת לגרום לתאים להתפתח בדרך המסוימת הרצויה, חוקרים הסתמכו על פיקוח זהיר של הסביבה בה התאים התפתחו, והתאינו את מצע ההתפתחות שלהם, כמו גם גורמים אחרים, כך שתאי ה- iPS יהפכו לסוג תא מסוים.
רוסי אומר: "חשבנו להשתמש ב- mRNA לקידוד גורמים ספציפיים לסוגי תאים על מנת לכוון את מטרתם של תאי iPS. אנו מתחילים לדעת יותר אודות אילו גורמים נדרשים ליצירת סוגים שונים של תאים".
לצורך הניסויים החוקרים הזדקקו לווירוס נושא גן על מנת להכניסו לתוך תא המטרה, אומר רוסי. קבוצתו של מלטון, עם זאת, עשתה שימוש בחומרים כימיים מסוימים במקום חלק מן הווירוסים.
על מנת להראות ש- mRNA יכול לשמש לכוון את הדרך בה מתפתח תא iPS, רוסי וצוותו סינתזו mRNA עם סדרת ההוראות ליצירת תאי שריר, והראו שהם יכולים להשתמש בו להכוונת ה- RiPS להפוך לתא שריר – ללא הפרת השלמות של הגנומים של תאים אלה.
רוסי הוסיף: "תוצאות אלה מספקות פרדיגמה ניסויית שבה ניתן להשתמש בבטחה ברפואה רגנרטיבית".
החוקרים אומרים שהם גילו שיטה הרבה יותר יעילה מכל שיטה קודמת ליצירת תאי iPS.
רוסי ממשיך: "עד כה, יצירת תאי iPS היתה תהליך מאוד לא יעיל. הטכניקה שלנו מאפשרת יצירת iPS יעילה הרבה יותר מאשר השיטות הקונבנציונליות".
רוסי וצוותו אומרים שיעילות ההפיכה של iPS שלהם נעה בין 1% ל- 4% מהתאים בהם מתחילים, בהשוואה ל- 0.001% עד 0.01%, והכוונה היא שאם משתמשים במספר קטן של תאים, עדיין ניתן להפיק תאי iPS. זה יכול להיות יתרון קריטי אם מצליחים לקחת מן החולה רק תאים מעטים.
רוסי וצוותו אומרים שהם גם מצאו שיטה להתגבר על החיסון הטבעי של התא להחדרת RNA זר.
רוסי אמר: "אני בטוח שהמעבדה שלנו אינה היחידה שהעלתה את הרעיון להשתמש ב- RNA לתכנות חוזר של תאים. הבעיה היא שכאשר אתה מחדיר RNA לתא, הוא חושב שהוא נפגע מווירוס RNA, והוא מתנגד על ידי יצירת תגובת אינטרפרון מסיבית אשר בולמת את פעילות התא ויכולה לגרום לתא להתאבד תוך ניסיון להפסיק את התרבות ה'וירוס'. על מנת להשתמש ב- RNA לתכנות מחדש של תאים, אנו צריכים להתגבר על בעיה זו. הגישה שלנו היתה לשנות את ה- RNA כך שהוא לא יגרום לתגובות אנטי-ויראליות בתא. ה- mRNA המותאם איפשר לנו לבטא חלבונים בתאים ביעילות במשך ימים ושבועות, מבלי לגרום לתופעות שליליות כלשהן בתאים. עובדה זאת איפשרה לנו לתכנת מחדש תאים לפלוריפוטנטיות, תהליך הדורש מספר שבועות".
"למרות שפיתחנו טכנולוגיה זו לתכנות מחדש של תאים, היא יכולה בעצם לשמש גם למטרות אחרות. טכנולוגיה זו מספקת אמצעי להתבטאות כל חלבון בתא ללא הפעלת מסלולי התגובה האנטי-ויראליים של התא. זה יכול לשמש לטיפול בחולים הסובלים ממחסור בחלבון מסוים".
מקורות:
"Highly Efficient Reprogramming to Pluripotency and Directed Differentiation of Human Cells with Synthetic Modified mRNA"
Luigi Warren, Philip D. Manos, Tim Ahfeldt, Yuin-Han Loh, Hu Li, Frank Lau, Wataru Ebina, Pankaj K. Mandal, Zachary D. Smith, Alexander Meissner, George Q. Daley, Andrew S. Brack, James J. Collins, Chad Cowan, Thorsten M. Schlaeger, Derrick J. Rossi
"Highly Efficient Reprogramming to Pluripotency and Directed Differentiation of Human Cells with Synthetic Modified mRNA"
Luigi Warren, Philip D. Manos, Tim Ahfeldt, Yuin-Han Loh, Hu Li, Frank Lau, Wataru Ebina, Pankaj K. Mandal, Zachary D. Smith, Alexander Meissner, George Q. Daley, Andrew S. Brack, James J. Collins, Chad Cowan, Thorsten M. Schlaeger, Derrick J. Rossi
