Wiele chorób, w tym nowotwory, jest związanych ze starzeniem się i stają się coraz częstsze wraz ze wzrostem średniej długości życia. Dlatego badanie i zrozumienie tych procesów ma kluczowe znaczenie, jeśli mamy radzić sobie z tymi schorzeniami, a także promować zdrowsze starzenie się.
Jedna z dziedzin badań nad starzeniem się dotyczy odmładzania, czyli przywracania cech młodszych komórek w starzejących się komórkach lub tkankach.
Naukowcy z Laboratorium Plastyczności Komórkowej i Chorób w IRB Barcelona, kierowani przez badacza ICREA, dr. Manuela Serrano, zdołali odmłodzić niektóre narządy i tkanki myszy poprzez przeprogramowanie komórek. W szczególności naukowcy zaobserwowali znaczące zmiany w trzustce, wątrobie, śledzionie i krwi zwierząt.
„Praca ta miała na celu zidentyfikowanie początkowych procesów przeprogramowania in vivo i odmładzania komórek oraz wskazanie tych, które można zmodyfikować w przyszłych badaniach, czy to za pomocą leków, czy na poziomie żywieniowym” – wyjaśnia dr Serrano.
Czynniki Yamanaki i przeprogramowanie komórek
Wszystkie tkanki w naszym ciele charakteryzują się posiadaniem wysoce wyspecjalizowanych komórek, takich jak między innymi neurony czy komórki mięśniowe. Tożsamość tych komórek była uważana za stałą i nieelastyczną, dopóki japoński badacz Shinya Yamanaka nie znalazł sposobu na zmianę ich tożsamości (to znaczy „przeprogramowanie ich”) poprzez wprowadzenie wysokich poziomów czterech białek, zwanych „czynnikami Yamanaka” (OCT4 , SOX2, KLF4 i MYC). Chociaż białka te można znaleźć w niektórych naszych komórkach, to jednoczesna obecność wysokich poziomów wszystkich czterech może zmienić tożsamość komórki.
Ta technika odmładzania umożliwia coś, co wcześniej było niewyobrażalne, a mianowicie pobranie komórek, które są łatwe do uzyskania od pacjenta (takich jak komórki skóry) i przekształcenie ich w inne, które są trudne lub niemożliwe do zebrania, na przykład komórki serca lub neurony, które można następnie używany do zastosowań w terapii komórkowej.
Dzięki tym postępom dr Yamanaka otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny w 2012 roku, zaledwie sześć lat po swoim odkryciu.
Badanie prowadzone przez dr Maríę Abada i dr Serrano w 2013 r. doniosło o udanym przeprogramowaniu komórek u zwierząt doświadczalnych, to znaczy bez konieczności ekstrakcji początkowych komórek, przeprogramowania ich in vitro i wszczepiania. Należy jednak zauważyć, że zmiana tożsamości komórek w żywym organizmie powoduje znaczne zaburzenia równowagi w tkankach, które tracą swoją funkcję i ostatecznie powodują rodzaj guza zwanego potworniakiem, typowy dla stanu embrionalnego. Mimo to odkrycia te utorowały drogę do badań nad przeprogramowaniem bezpośrednio u zwierząt.
Kamień milowy w odmładzaniu narządów
Trzy lata później laboratorium dr. Juana Carlosa Izpisúa-Belmonte w La Jolla (Kalifornia) zaobserwowało, że gdy przeprogramowanie rozpoczęto u zwierząt i zostało przerwane w połowie, komórki powróciły do swojej pierwotnej tożsamości, zapobiegając w ten sposób nierównowadze komórkowej i potworniakom.
Ku ich zaskoczeniu zespół dr Izpisúa-Belmonte zaobserwował, że gdy ten częściowy i odwracalny proces przeprogramowania powtarzany jest w wielu cyklach, skutkowało to odmłodzeniem komórkowym całego organizmu, dzięki czemu myszy były zdrowsze i lepiej chronione przed różnymi chorobami .
Tak więc w 2016 roku ta metoda odmładzania komórek – wciąż nie do końca poznana i będąca przedmiotem badań wielu laboratoriów – wzbudziła ogromne zainteresowanie.
Kolejny krok w kierunku zrozumienia starzenia się
W najnowszym badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Aging Cell, naukowcy zbadali wpływ pojedynczego cyklu stymulacji czynnika Yamanaka, aby lepiej zdefiniować zaangażowane mechanizmy. W tym celu zbadali zmiany w metabolizmie, ekspresji genów i statusie DNA komórkowego, które zachodzą podczas starzenia oraz jak te zmiany są częściowo odwracane przez przeprogramowanie.
„Chcieliśmy zbadać początkowe efekty procesu odmładzania i miłą niespodzianką była tak wyraźna poprawa na poziomie molekularnym, przede wszystkim w trzustce” – mówi dr Dafni Chondronasiou, pierwsza autorka artykułu.
Praca ta została wykonana we współpracy z około 20 instytucjami międzynarodowymi. Godny uwagi jest wkład grup kierowanych przez dr Maríę Abada w Instytucie Onkologii Vall d´Hebron w Barcelonie, dr Mario Fragę z Hiszpańskiej Narodowej Rady ds. Badań (CINN-CSIC), University of Oviedo (IUOPA) i Instytut Badań Medycznych Asturii (ISPA); Dr Guido Kroemer z Instytutu Gustave Roussy w Paryżu i dr Wolf Reikat z Instytutu Babraham w Cambridge (Wielka Brytania), niedawno mianowany dyrektorem Instytutu Altos Labs w Cambridge.