Είναι βιολογικά δυνατό να γίνεις Μπέντζαμιν Μπάτον;

Το να γεννιέσαι γέρος και να πεθάνεις ως μωρό είναι φαντασία, αλλά οι επιστήμονες έχουν βρει έναν τρόπο να κάνουν ένα παρόμοιο επίτευγμα σε κυτταρικό επίπεδο. Οι επιστήμονες μπορούν να μετατρέψουν τα πλήρως ώριμα κύτταρα σε «νεότερα» βλαστοκύτταρα χειραγωγώντας ορισμένα γονίδια του κυττάρου.

Στην ταινία «The Curious Case of Benjamin Button», ο χαρακτήρας Benjamin Button αντιστρέφει τις ηλικίες, ξεκινώντας ως γέρος και πεθαίνει ως μωρό. Ένα τέτοιο κατόρθωμα είναι εντελώς πλασματικό, αλλά οι επιστήμονες στο Ινστιτούτο Salk βρήκαν κάτι παρόμοιο με την αντιστροφή της γήρανσης.

Η γήρανση είναι μια διαδικασία που συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου με τη συσσώρευση κυτταρικής βλάβης. Τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS) συμβάλλουν σε μεγάλο βαθμό στη διαδικασία γήρανσης. Επιπλέον, οι ρύποι και ο τρόπος ζωής επιταχύνουν την αλλοίωση του σώματος και του νου μας. Μερικά χαρακτηριστικά της γήρανσης είναι ο καταρράκτης, οι ρυτίδες του δέρματος, η υψηλή αρτηριακή πίεση, ο διαβήτης και η άνοια. Ωστόσο, θα ήταν δυνατό να αντιστραφούν ή να μετριαστούν αυτά τα σημάδια που σχετίζονται με την ηλικία;

Οι επιστήμονες έχουν επινοήσει την «Τεχνική Αναζωογόνησης Κυττάρων» (CRT) για να μειώσουν τη νοσηρότητα που σχετίζεται με την ηλικία. Η τεχνική περιλαμβάνει την έκφραση των «παραγόντων Yamanaka» στα γηρασμένα κύτταρα. Αυτοί οι παράγοντες επαναφέρουν τους επιγενετικούς δείκτες σε μοτίβα που βρίσκονται σε νεαρότερα ζώα.

Η αντιστροφή της γήρανσης δεν είναι για να αναζωογονηθεί ένας 60χρονος για να μοιάζει με έναν 20χρονο, αλλά για να κάνει έναν 60χρονο να αισθάνεται εξίσου κατάλληλος με έναν 20χρονο όσον αφορά τις σωματικές του λειτουργίες.

Μπορούμε να αντιστρέψουμε τη γήρανση; (Φωτογραφία:Varavin88/Shutterstock)

Κατανόηση της πολυδυναμίας

Πρώτον, πρέπει να επιτρέψουμε στα μεμονωμένα κύτταρα μας να γίνουν «νέα». Με αυτό, εννοούμε ότι τα κύτταρα πρέπει να έχουν την ικανότητα να αναγεννώνται και να σχηματίζουν νέα, νεότερα κύτταρα. Τα πολυδύναμα κύτταρα κάνουν ακριβώς αυτό.

Τα καθαρόαιμα κύτταρα έχουν την ικανότητα να διαιρούνται και να διαφοροποιούνται σε οποιοδήποτε κυτταρικό τύπο. Έχουν δύο μοναδικές ιδιότητες:την αυτοανανέωση και την ικανότητα διαφοροποίησης σε κύτταρα με διαφορετικές λειτουργίες.

Τα πολυδύναμα κύτταρα διατίθενται σε δύο τύπους:τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και τα επαγόμενα πολυδύναμα κύτταρα (iPSC). Εμβρυϊκά κύτταρα λαμβάνονται από την εσωτερική μάζα της βλαστοκύστης και μπορούν να διαφοροποιηθούν σε τρεις βλαστικές στοιβάδες:το εξώδερμα, το μεσόδερμα και το ενδόδερμα.

Πώς τα βλαστοκύτταρα ωριμάζουν σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων που αποτελούν έναν οργανισμό. (Φωτογραφία :metamorworks/Shutterstock)

Τα επαγόμενα πολυδύναμα κύτταρα προγραμματίζονται αντίστροφα από τα σωματικά κύτταρα για να γίνουν πολυδύναμη.

Υπό την επίδραση συγκεκριμένων σημάτων από πρωτεΐνες που ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής, αυτά τα αφελή πολυδύναμα κύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν σε εξειδικευμένα κύτταρα με δεσμευμένη λειτουργία. Για παράδειγμα, παράγοντες μεταγραφής όπως το Snail, το MITF και το c-kit μπορούν να διαφοροποιήσουν τα πολυδύναμα κύτταρα σε μελανοκύτταρα (ένας τύπος κυττάρων δέρματος).

Υπάρχουν αθάνατοι οργανισμοί;

Οργανισμοί όπως η πλανάρια, η ύδρα και ο αστερίας είναι οι πιο κοντινοί οργανισμοί που έχουμε βρει στο να είναι αθάνατοι. Έχουν μεγάλο πληθυσμό πολυδύναμων βλαστοκυττάρων που μπορούν να διαφοροποιηθούν για να αντικαταστήσουν τα κατεστραμμένα ή γηρασμένα κύτταρα. Έτσι, τα πολυδύναμα κύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν για να αντικαταστήσουν τα γερασμένα κύτταρα, επομένως μπορεί να είναι δυνατό και στους ανθρώπους!

Αριστερά:Ανάπλαση στην Ύδρα. Η Ύδρα έχει βλαστοκύτταρα που της επιτρέπουν να αναγεννηθεί, δίνοντάς της κάτι που πλησιάζει την αθανασία. Δεξιά:Ανάπλαση Πλαναριών. (Προστασία φωτογραφίας:Sawatd340 &Emre Terim/Shutterstock)

Διαγράμματα ροής του τρόπου με τον οποίο το iPSC μπορεί να μετατραπεί σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυψελών.(Photo Credit :Designua/ Shutterstock)

Παράγοντες Yamanaka και επαγόμενη πολυδυναμία

Τα πολυδύναμα κύτταρα έχουν εφαρμογές στη θεραπεία με βλαστοκύτταρα. Τα επαγόμενα πολυδύναμα κύτταρα (iPSC), που ανακαλύφθηκαν από τον Shinya Yamanaka και την ομάδα του το 2006, άνοιξαν μεγάλες πόρτες για τη θεραπεία με βλαστοκύτταρα.

Το iPSC σχηματίστηκε με αντίστροφο προγραμματισμό τερματικά διαφοροποιημένων κυττάρων για την επίτευξη πολυδύναμης με τέσσερις μεταγραφικούς παράγοντες, Oct-4, Sox4, Klf4 και c-myc (επίσης γνωστά ως γονίδια OSKM). Αυτά τα επαναπρογραμματισμένα κύτταρα έχουν την ικανότητα αυτοανανέωσης και μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρου. Τα κύτταρα που ήταν ώριμα και καθορισμένα είχαν ουσιαστικά αντίστροφη γήρανση και έγιναν πολυδύναμα.

Για πρώτη φορά στην ιστορία, ανθρωπογενή πολυδύναμα κύτταρα ήταν διαθέσιμα για θεραπεία.

Διαγράμματα ροής για το πώς το iPSC μπορεί να γίνει πολλαπλοί διαφορετικοί τύποι κυψελών. (Photo Credit :Art of Science/Shutterstock)

Τα iPSC είναι τα μόνα πολυδύναμα κύτταρα, εκτός από τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα.

Επανεξέταση της γραμμικής εξίσωσης των εμβρυϊκών κυττάρων σε διαφοροποιημένα κύτταρα

Το κύριο δόγμα της μοίρας των κυττάρων είναι ότι τα εμβρυϊκά κύτταρα γίνονται διαφοροποιημένα κύτταρα με την έκφραση ορισμένων γονιδίων. Ο Shinya Yamanaka αμφισβήτησε αυτό το δόγμα και άλλαξε εντελώς την έρευνα για τα βλαστοκύτταρα όταν αντιστρόφησε τα διαφοροποιημένα κύτταρα σε iPSC.

Ο μετασχηματισμός πολυδύναμων κυττάρων σε διαφοροποιημένα κύτταρα ήταν μονόδρομος πριν ο Yamanaka δημιουργήσει μαγεία με τους μεταγραφικούς του παράγοντες. Έσπρωξε διαφοροποιημένα κύτταρα (ινοβλάστες) σε iPSC, τα οποία διέγραψαν τη μοίρα των κυττάρων τους. Αυτά τα κύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων (μυϊκά, νευρικά ή οστικά κύτταρα) υπό την επίδραση συγκεκριμένων παραγόντων.

Διάγραμμα ροής που δείχνει πώς οι ινοβλάστες μετατράπηκαν σε iPSC, οι οποίοι στη συνέχεια διαφοροποιήθηκαν σε μελανοκύτταρα.

Αντίστροφη γήρανση:ένα βήμα μπροστά

Με τα iPSC, έγινε φανερό ότι τα σωστά στοιχεία μπορούν να επαναφέρουν το κυψελοειδές πρόγραμμα. Αυτό θέτει το ερώτημα εάν τα γηρασμένα κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα μπορούν να γίνουν νέα και να ταιριάζουν με τη βοήθεια αυτών των μεταγραφικών παραγόντων.

Επιστήμονες από το The Salk Institute έχουν επαναφέρει με επιτυχία τα γερασμένα κύτταρα σε νεανικά. Λοιπόν, μπορεί η κατά διαστήματα έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με την εμβρυϊκή κατάσταση:Oct4, Klf4, Sox2, να αντιστρέψει τα χαρακτηριστικά της τρίτης ηλικίας; Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η γήρανση δεν είναι μονής κατεύθυνσης και με τα σωστά σήματα, θα μπορούσε να αντιστραφεί.

Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι ο κυτταρικός επαναπρογραμματισμός σε ένα ηλικιωμένο ζώο θα τα έκανε νεανικά. Το μόνο πρόβλημα είναι ότι η κυτταρική αναζωογόνηση είναι απλή στα εργαστηριακά κύτταρα, αλλά μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά σε έναν ολόκληρο οργανισμό. Επίσης, τα iPSC πολλαπλασιάζονται συνεχώς, επομένως μπορεί να μην είναι ευνοϊκό να εισαχθούν απευθείας σε ηλικιωμένα ζώα. Είναι ευνοϊκό να προκληθούν παράγοντες Yamanaka για μια σύντομη περίοδο για την αντίστροφη γήρανση.

(Φωτογραφία:gwolters/Shutterstock)

Ένα μοντέλο ποντικού της προγηρίας, μιας διαταραχής πρόωρης γήρανσης, χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της αντίστροφης γήρανσης. Oct4, Sox-2 και Klf4 (γονίδια OSK) προκλήθηκαν σε σύντομες κυκλικές περιόδους σε ζωντανά ποντίκια προγηρίας. Τα ποντίκια που εκφράζουν OSK ήταν νεότερα από τα ποντίκια ελέγχου, με βελτιωμένες καρδιαγγειακές, πνευμονικές λειτουργίες και έζησαν 30% περισσότερο. Τα γονίδια OSK εκφράστηκαν σε βραχείς παλμούς σε ηλικιωμένα ποντίκια και οι επιστήμονες παρατήρησαν αντίστροφη γήρανση στα κανονικά ηλικιωμένα ποντίκια. Η ποιότητα ζωής των ηλικιωμένων ποντικών βελτιώθηκε μέσω κυτταρικού επαναπρογραμματισμού με παράγοντες Yamanaka.

Μια τελευταία λέξη

Οι παράγοντες Yamanaka μπορεί να μας επιτρέψουν να γυρίσουμε το ρολόι προς τα πίσω, αντικαθιστώντας ένα άρρωστο όργανο στους ηλικιωμένους ή αναζωογονώντας όργανα που λειτουργούν με τη δύναμη της νεολαίας. Τα γηρασμένα κύτταρα πρέπει να παρακινηθούν να γίνουν νεανικά μέσω της ελεγχόμενης και ασφαλούς έκφρασης των παραγόντων Yamanaka. Αυτές οι μελέτες με ποντίκια δεν είναι γραμμικές στους ανθρώπους, αλλά κάναμε ένα πρώτο βήμα και τώρα έχουμε πραγματικά στοιχεία για την αντίστροφη γήρανση.