Биолози подмладиха човешки тъкани и клетки с помощта на протеини от стволови клетки

Американски молекулярни биолози за пръв път са успели да подмладят възрастни клетки и тъкани, използвайки протеини и други сигнални молекули, аналози на които има в ембрионалните стволови клетки. Подробни резултати от проведеното изследване са публикувани в научното издание Nature Communications.

В развитието на ембриона важна роля играят особени протеини, които са под общото наименование фактори на Яманака. Какво ще се случи, ако се накара зряла човешка клетка да изработва такива вещества? Ако тя прави това в продължение примерно две седмици, то ще се получи така наречената индуцирана плурипотентна стволова клетка (iPSCs).

Тя много напомня ембрионалната. Първо, в нея са отстранени много от последствията от клетъчното стареене, които са били в клетката при началното и състояние. Тоест създаването на iPSCs в буквалния смисъл може да се смята за подмладяване на клетката. Второ, тя може да се превърне в клетка на всякаква тъкан или орган, също както ембрионалната. Именно за технологията за създаване на iPSCs през 2012 година учените Джон Гардън и Шиня Яманака са получили Нобеловата премия по медицина.

Ефектът от технологията се състои в това, че факторите на Яманака изтриват химическите белези, нанесени върху ДНК на клетката. При това се отделя вредният „боклук“, който се натрупва с възрастта, но заедно с това изчезват маркерите, показващи на клетката, каква трябва да бъде тя: мускулна, нервна или всякаква друга.

Може ли този метод да се използва наполовина, тоест само да се подмлади човешката клетка без да се превръща в стволова? Именно такъв въпрос са си задали изследователите от Стандфордския университет.

„Когато ние създаваме „препрограмирани“ стволови клетки , ние едновременно подмладяваме техните предшественици и им даваме възможност да се превръщат във всякакви тъкани и органи в тялото. Замислихме се, дали по същия начин не можем „да върнем времето назад“, без да нарушаваме функциите на клетките. Оказа се, че е възможно това да се направи с най-различни типове човешки тъкани“ – разказва Виторио Сабастиано, доцент в Стандфордския университет и един от водещите автори на изследването.

Ембрионалните и стволовите клетки са фактически безсмъртни. В определена питателна среда те могат да живеят неограничено дълго и да се делят безброй много пъти. Но „възрастните“ клетки в определен момент губят тази си способност. Те прекратяват да се делят примерно след 40-50 цикъла, встъпвайки в особена фаза на своя живот, която молекулярните биолози определят като старост.

Защо се случва това, засега не е ясно. През последните години учените изследваха хипотезата, че подмладяването на организма може да „включва“ гени, които отговарят за работата на стволовите клетки. Първите опити в тази насока са проведени през 2016 година с мишки, които благодарение на подобно подмладяване,са живели 20% по-дълго.

Тези опити, както отбелязва Себастиано, показали, че препрограмираните клетки се връщали в началното си положение, ако протеините и сигналните молекули, отговарящи за тази трансформация в стволови клетки, действали сравнително малко време.

Протеиновата тайна на младостта

Този успех вдъхновил учените от Стандфорд да направят следващата логична крачка – да изпробват това с човешки клетки. Ръководейки се от тази идея, учените събрали проби от клетки на възрастни доброволци, а също така мускулна тъкан на много възрастни мишки и се опитали да ги подмладят.

За тази цел биолозите приготвили „коктейл“ от специални молекули на РНК. Те карали възрастните клетки да изработват шест ключови протеина (факторите на Яманака), които стартират процеса за формирането на стволови клетки: OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC, LIN28 и NANOG.

Учените подбирали количеството на тези молекули, така че клетката да изработва тези протеини няколко часа. За пълното препрограмиране на клетките това време е недостатъчно, но пък може да повлияе съществено на жизнената дейност на клетките. Именно по този начин били обработвани пробите от клетки, взети от възрастни хора и мускулната тъкан, взета от възрастните мишки.

Експериментите показали, че клетките действително са се подмладили и по много признаци били неотличими от своите по-млади аналози. След четири дена ежедневни сеанси на подмладяване с помощта на факторите на Яманака, картината на генната експресия значително се подобрила. След това изследователите пресметнали броя на метиловите групи (-СН₃), присъединени към ДНК. С възрастта те се натрупват все повече в човешките клетки и са един от факторите за стареене. По този признак обработените клетки били с 1,5-3,5 години „по-млади“ от своите връстници, като се наблюдавали пикове от 3,5 години (при клетките на кожата) и 7 години (при клетките, образуващи кръвоносната система).

Освен това учените анализирали и няколко други параметри, като способността на клетките да усвояват хранителни вещества и да отстраняват „клетъчен боклук“. Почти всички тези показатели демонстрирали, че клетките са се „подмладили“.

За доказване на функционалното въздействие на метода, учените извършили трансплантация на „подмладени“ мускули обратно на възрастните гризачи. След извършената операция „обработените“ мускули демонстрирали същата сила, като при младите животни.

Освен това, биолозите въздействали със своя „елексир на младостта“ върху клетки от човешки хрущял, поразен от остеоартрит. В резултат на извършените процедури, изработването на вещества, свързани с възпалението значително намаляло и като цяло се подобрила способността на клетките да се делят и функционират.

Според учените от Стандфорд постигнатият успех ще позволи да се разработи терапия, с помощта на която подобна процедура ще може да се реализира в тъканите на човешкото тяло. По думите на Сабастиано, за тази цел учените трябва намерят начин за доставяне на тези РНК-молекули в клетките на човек, не предизвиквайки при това имунна реакция или други опасни странични ефекти.