Bir hücre türünü başka bir türe dönüştürmek—örneğin, bir cilt hücresini bir nörona çevirmek—genellikle cilt hücresinin önce “pluripotent” bir kök hücreye indüklenmesini, ardından bir nörona farklılaşmasını gerektirir. MIT’deki araştırmacılar, kök hücre aşamasını atlayarak bir cilt hücresini doğrudan bir nörona dönüştüren basitleştirilmiş bir süreç geliştirdi.
Fare hücreleriyle çalışan araştırmacılar, oldukça verimli bir dönüşüm yöntemi geliştirdi ve tek bir cilt hücresinden 10’dan fazla nöron üretmeyi başardı. Eğer bu yöntem insan hücrelerinde de tekrarlanabilirse, büyük miktarlarda motor nöron üretmek mümkün olabilir. Bu da omurilik yaralanmaları veya hareket kabiliyetini etkileyen hastalıkları olan hastalar için yeni tedavi yolları açabilir.
“Bu hücrelerin hücre yenileme terapileri için uygun adaylar olup olamayacağını araştırabilecek verimlilik seviyelerine ulaştık. Umarız bu teknolojiler bizi bu noktaya taşıyabilir.” diyor biyomedikal mühendisliği ve kimya mühendisliği alanlarında kariyer yapmış Profesör Katie Galloway.
Bu hücreleri bir tedavi olarak geliştirmeye yönelik ilk adım olarak, araştırmacılar motor nöronları oluşturup bunları farelerin beyinlerine naklettiler. Bu hücrelerin konakçı dokuyla bütünleştiğini gösterdiler.
Cilt Hücrelerinden Nöronlara
Yaklaşık 20 yıl önce, Japon bilim insanları dört transkripsiyon faktörü kullanarak cilt hücrelerini indüklenmiş pluripotent kök hücrelere (pluripotent stem cells ,iPSCs) dönüştürebileceklerini gösterdi. Embriyonik kök hücrelere benzer şekilde, iPSC’ler birçok farklı hücre türüne dönüşebilir. Ancak bu teknik haftalar sürer ve birçok hücre olgun hücre tiplerine tam olarak geçiş yapamaz.
“Çoğu zaman, yeniden programlamadaki en büyük zorluklardan biri hücrelerin ara aşamalarda sıkışıp kalabilmesidir.” diyor Galloway. “Biz ise iPSC aşamasını atlayarak doğrudan bir somatik hücreyi motor nörona dönüştürüyoruz.”
Galloway ve ekibi daha önce de doğrudan dönüşüm yöntemleri geliştirdi ancak verim oldukça düşüktü—%1’in altındaydı. Önceki çalışmalarında, altı transkripsiyon faktörü ve hücre çoğalmasını tetikleyen iki proteini bir arada kullanıyordu. Ancak her biri ayrı bir viral vektörle aktarıldığından, hücrelerde doğru seviyede ifade edilmesini sağlamak zordu.
Yeni çalışmada, araştırmacılar süreci sadeleştirerek, cilt hücrelerini motor nöronlara dönüştürmek için yalnızca üç transkripsiyon faktörüne (NGN2, ISL1 ve LHX3) ve iki çoğalma geni kullanmaya başladı.
Bu genlerin yalnızca üçe indirilmesi, hepsini tek bir modifiye virüsle aktarmalarına olanak tanıdı. Böylece her hücrede doğru seviyede ifade edilmelerini sağladılar.
Ayrıca ayrı bir virüs aracılığıyla p53DD ve mutasyona uğramış HRAS genlerini aktardılar. Bu genler, cilt hücrelerinin nöronlara dönüşmeden önce defalarca bölünmesini sağladı ve nöron üretim oranını %1100 artırdı.
“Eğer transkripsiyon faktörlerini bölünmeyen hücrelere çok yüksek seviyede aktarırsanız, dönüşüm oranı oldukça düşük olur. Ancak hiperproliferatif (hızlı bölünen) hücreler bu dönüşüme daha açık hale gelir.” diyor Galloway.
Araştırmacılar, aynı doğrudan dönüşümü insan hücrelerinde gerçekleştirebilecek farklı bir transkripsiyon faktörü kombinasyonu da geliştirdi. Ancak verim, fare hücrelerine kıyasla daha düşüktü—yaklaşık %10 ila %30 arasında. Yine de bu süreç, hücreleri önce iPSC’ye çevirip sonra nörona dönüştürmeye kıyasla biraz daha hızlıydı ve beş hafta sürdü.
Hücre Nakli
Araştırmacılar, en iyi gen kombinasyonunu belirledikten sonra, bunları hücrelere en verimli şekilde aktarmanın yollarını araştırdı. Bunu inceledikleri ikinci çalışmada üç farklı viral vektörü test ettiler ve retrovirüsün en yüksek dönüşüm oranını sağladığını buldular. Hücre yoğunluğunu düşürmenin de motor nöron verimini artırdığını keşfettiler. Bu optimize edilmiş süreç, fare hücrelerinde iki hafta içinde %1000’in üzerinde verim sağladı.
Boston Üniversitesi’ndeki iş birlikçileriyle çalışan araştırmacılar, ürettikleri motor nöronların farelere başarılı bir şekilde nakledilip nakledilemeyeceğini test etti. Hücreleri, hareket kontrolü gibi işlevleri olan striatum bölgesine aktarım yaptılar.
İki hafta sonra, birçok nöronun hayatta kaldığını ve diğer beyin hücreleriyle bağlantı kurmaya başladığını gözlemlediler. Kültür ortamında büyütüldüğünde, bu hücrelerin ölçülebilir elektriksel aktivite ve kalsiyum sinyalleri gösterdiği, yani diğer nöronlarla iletişim kurabildiği tespit edildi. Araştırmacılar şimdi, bu nöronları omuriliğe nakletme olasılığını keşfetmeyi planlıyor.
MIT ekibi, insan hücre dönüşüm sürecinin verimini artırmayı ve motor kontrol bozukluklarına neden olan hastalıklar (örneğin ALS) veya omurilik yaralanmaları için büyük miktarda nöron üretmeyi hedefliyor. iPSC’den türetilen nöronlarla ALS tedavisini amaçlayan klinik deneyler hâlihazırda devam ediyor. Ancak daha fazla sayıda hücre üretmek, bu tür tedavileri daha geniş çapta test etmeyi ve geliştirmeyi kolaylaştırabilir.
Çalışmanın Kaynağı ve Materyal kaynağı için tıklayınız.
Çalışmanın ilişkili diğer makalesi
Daha Fazla Güncel Biyoteknoloji Haberi İçin BIOSSCOPE