Sveikata

2021.01.03 10:36

Grąžintas regėjimas – mokslininkai sėkmingai atnaujino senstančias akių ląsteles

LRT.lt2021.01.03 10:36

Mokslininkams pavyko pelėms atstatyti su amžiumi susijusį ar glaukomos sąlygotą regėjimo silpnėjimą.

Harvardo medicinos mokyklos (HSM) mokslininkai sėkmingai atstatė pelių regėjimą, sugrąžinę jaunatvišką genų funkciją ir atjauninę senstančias akies tinklainės ląsteles.

Tyrėjų komandos darbas, gruodžio 2 d. aprašytas leidinyje „Nature“, yra pirmasis įrodymas, kad galima saugiai perprogramuoti ir tokiu būdu atjauninti sudėtingus audinius, pavyzdžiui, akių nervines ląsteles.

Mokslininkams ne tik sėkmingai pavyko atjauninti senstančias akies ląsteles, bet ir atstatyti regėjimą gyvūnams, kenčiantiems nuo regos sutrikimo, panašaus į glaukomą, laikomą pagrindine žmonių regėjimo silpnėjimo priežastimi visame pasaulyje.

Tyrėjų teigimu, šis pasiekimas yra pirmasis sėkmingas bandymas grąžinti dėl glaukomos prarastą regėjimą, o ne tik lėtinti ligos progresavimą.

Jei tyrimo rezultatus pavyks pakartoti, atliekant tolesnius tyrimus, šis metodas galėtų atverti kelią įvairių organų audinių regeneracijai, kuri padėtų lėtinti senėjimą ir gydyti su amžiumi susijusias žmonių ligas.

„Mūsų tyrimas rodo, kad įmanoma saugiai pakeisti sudėtingų audinių, tokių kaip tinklainė, amžių ir atkurti jaunatvišką biologinę jų funkciją“, – teigia pagrindinis tyrimo autorius, Harvardo medicinos mokyklos Blavatnik instituto genetikos profesorius, vienas iš HMS Paulo F. Glenno senėjimo tyrimų biologijos centro direktorių, senėjimo ekspertas Davidas Sinclairas.

D. Sinclairas ir jo kolegos įspėja, kad tyrimo išvadas reikia pakartoti su skirtingais gyvūnų modeliais ir tik tada bus galima pradėti eksperimentus su žmonėmis. Visgi, jų nuomone, tyrimo rezultatai įrodo koncepciją ir gali pasitarnauti kuriant įvairių su amžiumi susijusių žmonių ligų gydymo būdus.

„Jei šios išvados bus patvirtintos atliekant tolesnius tyrimus, jos gali pasitarnauti gydant su amžiumi susijusias regėjimo ligas, tokias kaip glaukoma, taip pat biologijos ir kitų ligų gydymo srityse“, – sako D. Sinclairas.

Genų trio

Savo darbe mokslininkai pasitelkė adenovirusą (AAV), su kuriuo į pelių akių tinklainę buvo perkelti trys jaunystę atkuriantys genai – „Oct4“, „Sox2“ ir „Klf4“ – paprastai įsijungiantys embriono vystymosi metu. Šie trys genai, kartu su ketvirtuoju, kuris šiame tyrime naudojamas nebuvo, bendrai vadinami Yamanakos veiksniais.

Gydymas turėjo teigiamą poveikį akiai. Pirmiausia, jis paskatino nervų regeneraciją po regos nervo pažeidimo pelėms. Antra, jis padėjo atstatyti prarastą regėjimą gyvūnams, kuriems buvo sukelta į glaukomą panaši liga. Trečia, jis pagerino senstančių, tačiau glaukoma nesergančių gyvūnų regėjimą.

Tyrėjų pasirinktas metodas grįstas naują teorija, aiškinančia, kodėl senstame. Daugumoje kūno ląstelių yra tos pačios DNR molekulės, tačiau jos atlieka labai įvairias funkcijas. Kad būtų pasiektas toks specializacijos laipsnis, šios ląstelės privalo skaityti tik jų tipui būdingus genus. Ši reguliavimo funkcija yra epigenomo – genų įjungimo ir išjungimo pagal tam tikrus modelius, nekeičiant pagrindinės geno DNR sekos, sistemos – veikimo sfera.

Ši teorija teigia, kad laikui bėgant, epigenomas keičiasi ir ląstelės ima skaityti neteisingus genus, sutrinka jų funkcija, todėl atsiranda su senėjimu siejamos ligos. Vienas iš svarbiausių epigenomo pokyčių yra DNR metilinimas – procesas, kurio metu metilo grupės sukimba su DNR. DNR metilinimo modeliai yra išdėstomi embriono vystymosi metu, kad formuotųsi įvairių tipų ląstelės. Laikui bėgant, jaunatviški DNR metilinimo modeliai prarandami, o ląstelių viduje esantys genai, kuriuos reikia įjungti, išsijungia ir atvirkščiai, todėl sutrinka ląstelių funkcija. Kai kuriuos iš šių DNR metilinimo pokyčių galima nuspėti, tad jie naudojami nustatant ląstelės ar audinio biologinį amžių.

Vis dėlto neaišku, ar DNR metilinimas skatina su amžiumi susijusius pokyčius ląstelių viduje. Šiame tyrime mokslininkai iškėlė hipotezę, kad jei DNR metilinimas iš tikrųjų kontroliuoja senėjimą, tai ištrynus kai kuriuos jo pėdsakus, gyvų organizmų ląstelių amžius galėtų pasikeisti į ankstesnę, jaunatviškesnę būseną.

Mokslininkams jau anksčiau buvo pavykę pasiekti šį rezultatą laboratorijose auginamose ląstelėse, tačiau jo poveikis gyviems organizmas iki šiol nebuvo įrodytas.

Pastarojo tyrimo išvados rodo, kad šį metodą būtų galima taikyti ir gyvūnams.

Įveiktas svarbus barjeras

Vienas iš pagrindinių tyrimo autorių, HMS genetikos mokslų bendradarbis ir buvęs doktorantas D. Sinclairo laboratorijoje Yuanchengas Lu sukūrė genų terapiją, kuri gali padėti saugiai modifikuoti gyvūno ląstelių amžių.

Y. Lu tyrimas grįstas Nobelio premijos laureato Shinya Yamanakos atradimu, padėjusiu nustatyti keturis transkripcijos veiksnius: „Oct4“, „Sox2“, „Klf4“ ir „c-Myc“, kurie gali ištrinti ląstelių epigenetikos žymenis ir grąžinti šias ląsteles į primityvią embriono būseną, iš kurios jos gali išsivystyti į bet kokio kito tipo ląsteles.

Tačiau vėlesni tyrimai atskleidė dvi svarbias kliūtis. Pirma, taikant šį metodą suaugusioms pelėms, keturi Yamanakos veiksniai gali paskatinti naviko augimą, todėl jis laikomas nesaugiu. Antra, šie veiksniai gali grąžinti ląsteles į pirminę primityviausią būseną, taip visiškai sunaikindami jų tapatybę.

Y. Lu ir jo kolegoms pavyko įveikti šiuos barjerus, šiek tiek pakeičiant taikomą metodą. Jie atmetė geną „c-Myc“ ir panaudojo tik likusius tris Yamanakos genus: „Oct4“, „Sox2“ ir „Klf4“. Modifikuotas metodas leido sėkmingai sustabdyti ląstelių senėjimą, nepaskatinant naviko augimo ir neprarandant ląstelių tapatybės.

Genų terapija regos nervo regeneracijai

Šio tyrimo metu mokslininkai nusitaikė į centrinės nervų sistemos ląsteles, nes šią organizmo sistemą senėjimas paveikia pirmiausiai. Po gimimo centrinės nervų sistemos gebėjimas atsinaujinti sparčiai silpsta.

Norėdami išbandyti, ar suaugusios pelės galėtų perimti jaunų gyvūnų regeneracinius pajėgumus, mokslininkai, pasitelkę AAV, modifikuotą trijų genų derinį perkėlė į regos nervo pažeidimą turinčių suaugusių pelių ganglines tinklainės ląsteles.

Šiuo tikslu Y. Lu ir D. Sinclairas į pagalbą pasikvietė Bostono vaikų ligoninėje dirbantį HMS neurologijos ir oftalmologijos profesorių Zhigangą He, tiriantį regos nervo ir nugaros smegenų neuroregeneraciją.

Gydymo metu po traumos išgyvenusių ganglinių tinklainės ląstelių skaičius išaugo du kartus, o nervų ataugimas padidėjo net penkis kartus.

„Šio projekto pradžioje daugelis mūsų kolegų teigė, kad mūsų metodas bus nesėkmingas arba pernelyg pavojingas, kad kada nors būtų naudojamas, – teigia Y. Lu. – Tačiau rezultatai rodo, kad šis metodas yra saugus ir gali iš esmės pakeisti akių ir daugelio kitų senėjimo paveiktų organų gydymą.“

Glaukomos ir senėjimo pažeisto regėjimo atstatymas

Po padrąsinančių išvadų, tiriant regos nervo pažeidimų turinčias peles, mokslininkų komanda į pagalbą pasitelkė Masačiusetso akių ir ausų gydymo centro, Schepenso akių tyrimų instituto oftalmologijos docentą Bruce`ą Ksanderį ir HMS oftalmologijos docentę Meredith Gregory-Ksander. Jie suplanavo dvis eksperimentų grupes: pirmąja siekė išbandyti, ar trijų genų kokteilis gali atkurti dėl glaukomos prarastą regėjimą, o antrąja – ar šis metodas galėtų būti taikomas dėl įprasto senėjimo nusilpusio regėjimo atstatymui.

Pritaikius šį gydymą glaukoma sergančioms pelėms, padidėjo nervinių ląstelių elektrinis aktyvumas ir pastebimai pagerėjo regėjimo aštrumas, matuojamas gyvūnų gebėjimu ekrane įžiūrėti judančias vertikalias linijas. Nuostabu tai, kad šis pokytis užfiksuotas dėl glaukomos visiškai regėjimą praradusiems gyvūnams.

„Mokslininkams retai kada pavyksta atkurti regos funkciją po traumos, – aiškina M. Ksander. – Šis naujas metodas, kurį taikant, buvo sėkmingai pašalinta daugelis regėjimo praradimą pelėms sukėlusių priežasčių, nenumato tinklainės transplantacijos ir yra visiškai naujas metodas regeneracinėje medicinoje.“

Ne mažiau sėkmingas šis metodas buvo ir gydant pagyvenusias, 12 mėnesių amžiaus peles, kurių regėjimas nusilpo dėl įprasto senėjimo. Gydant pagyvenusias peles, regos nervo ląstelių genų ekspresijos modeliai ir elektriniai signalai tapo panašūs į jaunų pelių, ir regėjimas buvo atkurtas.

Išanalizavę apdorotų ląstelių molekulinius pokyčius, tyrėjai nustatė atvirkštinius DNR metilinimo modelius – šis pastebėjimas rodo, kad DNR metilinimas nėra vien senėjimo proceso žymuo, o greičiau jį skatinantis veiksnys.

„Mums tai rodo, kad laikrodis ne tik atvaizduoja laiką, jis yra laikas, – aiškina D. Sinclairas. – Pasukus jo rodykles atgal, laikas taip pat atsukamas.“

Tyrėjai teigia, kad jei jų išvados bus patvirtintos tolesniais tyrimais su gyvūnais, per dvejus metus jie galėtų pradėti klinikinius tyrimus su glaukoma sergančiais žmonėmis. Kol kas, anot mokslininkų, išvados džiugina. Vienerius metus trukusio tyrimo, taikant trijų genų metodą pelėms, metu šalutinis poveikis nebuvo stebėtas.

Mums svarbus tikslumas ir sklandi tekstų kalba. Jei pastebėjote klaidų, praneškite portalas@lrt.lt