Indukowane pluripotentne komórki macierzyste – ocena etyczna

Indukowane pluripotentne komórki macierzyste – ocena etyczna

Prawo.mp.pl
1z3
hp://prawo.mp.pl/publikacje/bioetyka/show.html?id=51528&print=1
Indukowane pluripotentne komórki macierzyste –
ocena etyczna
29.04.2010
mgr inż. biotechnologii Małgorzata Chrupek
Zakład Biologii Komórki Instytutu Fizjologii Roślin Polskiej Akademii Nauk w Krakowie
Katedra Biochemii i Biotechnologii Politechniki Rzeszowskiej
Medycyna Praktyczna 2010/04
e-Medycyna Praktyczna 2010/04
Skróty: hESC – embrionalne komórki macierzyste, iPSC – indukowane pluripotentne komórki macierzyste, IVF – zapłodnienie in vitro
Klonowanie a inne źródła komórek macierzystych
Biotechnologia rozwija się w dynamicznym tempie. Każde nowe odkrycie rodzi pytania natury etycznej. Możliwość wykorzystania potencjału
embrionalnych komórek macierzystych (human embrionic stem cells – hESC) wywołała dyskusję na temat prymatu zdrowia społeczeństwa
nad życiem pojedynczego embrionu. Czy można poświęcić życie jednego embrionu, na przykład zamrożonego, nadliczbowego embrionu po
procedurze zapłodnienia in vitro (in vitro fertilization – IVF), by w znaczący sposób wspomóc leczenie chorych na cukrzycę, miażdżycę,
chorobę Parkinsona czy chorobę Alzheimera? Odpowiedzi będą różne w zależności od nurtu, jaki reprezentuje zapytana osoba.
Personalista powie: "nie", utylitarysta: "tak". Gdy zadamy pytanie o komórki specjalnie zaprogramowane dla nas, do wyleczenia dręczącej
nas choroby, na przykład dzięki technice tzw. klonowania terapeutycznego poprzez transfer jądra (somatic cell nuclear transfer – SCNT),
odpowiedzi przypuszczalnie rozłożą się w trochę innej proporcji. Od 2006 roku wydaje się, że dylemat ten może zostać rozwiązany. Shinya
Yamanaka z Kyoto University na łamach czasopisma "Cell" ogłosił udaną próbę przeprogramowania mysiego fibroblastu w indukowane
pluripotentne komórki macierzyste (induced pluripotent stem cells – iPSC).[1]
Badania nad iPSC cieszą się obecnie dużym zainteresowaniem i uzyskują finansowanie. W Stanach Zjednoczonych do tej pory fundusze
na komórki macierzyste do celów terapeutycznych były kierowane na technologię SCNT. Do transferu jądra potrzebne są oocyty
uzyskiwane w wyniku hiperowulacji u kobiety. Proces ten zaburza naturalny cykl miesięczny i powoduje problemy zdrowotne. Amerykańska
Narodowa Akademia Nauk (US National Academy of Science) zabrania wynagradzania finansowego kobiet za dawstwo oocytów do badań
naukowych,[2] co może wpłynąć na decyzję Nowojorskiej Fundacji Komórek Macierzystych (New York Stem Cell Fundation – NYSCF)
o przekierowaniu funduszy z SCNT na iPSC.[3] Nowa instrukcja prezydenta Obamy dla Narodowych Instytutów Zdrowia (US National
Institutes of Health) mówi o przeznaczeniu funduszy państwowych na badania nad technologią iPSC.[4]
Dotychczasowe metody otrzymywania iPSC
iPSC powstają w wyniku przeprogramowania komórki somatycznej. W trakcie rozwoju embrionalnego komórki różnicują się w tkanki.
Informacja genetyczna ulega zmianom, komórki są programowane do pełnienia określonych funkcji w konkretnych tkankach. Zmiany te
polegają głównie na trwałym zablokowaniu fragmentów DNA. W każdej komórce ciała występuje taka sama sekwencja DNA, ale część
informacji jest niedostępna do odczytu. Dzieje się tak dzięki mechanizmowi metylacji, czyli procesowi przyłączania grup metylowych (-CH3)
do zasad azotowych nukleotydów, szczególnie do cytozyny, czasem do adeniny. Takie przyłączenie powoduje zmianę struktury
przestrzennej DNA oraz umożliwia białkom opłaszczanie sekwencji DNA, przez co nie jest ona dostępna dla czynników transkrypcyjnych,
i proces ekspresji genu jest zablokowany. U ludzi wzór metylacji jest wymazywany w zygocie i ponownie generowany przed rozpoczęciem
gastrulacji. Wzór metylacji jest trwały, to znaczy przekazywany podczas podziału na komórki potomne. Drugi mechanizm polega na
deacetylacji histonów, czyli odłączeniu reszt acetylowych z białek, na które "nawinięte" jest DNA – białek histonowych. Histony bez grup
acetylowych tworzą z DNA silny kompleks, przez co uniemożliwiają odczyt informacji genetycznej.
Przeprogramowanie komórki polega na odwróceniu procesu programowania. Trzeba zastosować czynniki odwracające proces metylacji
oraz deacetylacji. Komórkę można przeprogramować poprzez umieszczenie jej jądra w komórce jajowej lub poprzez połączenie komórki
somatycznej z embrionalną komórką macierzystą. Przeprogramowanie jest możliwe, ponieważ oba typy komórek zawierają enzymy
pozwalające usunąć reszty metylowe oraz dołączyć grupy acetylowe do histonów. Wiele czynników transkrypcyjnych nasilających odczyt
genów działa poprzez aktywację enzymów odpowiedzialnych za acetylację histonów, co powoduje rozluźnienie struktury fragmentu
chromosomu i jego udostępnienie do odczytu.[5]
Dokładny mechanizm molekularny tego procesu nie był znany. Przeprowadzono szereg eksperymentów, które pokazały, że do
przeprogramowania komórki somatycznej w iPSC wystarczające są 4 czynniki w odpowiedniej kombinacji: aOct4, Sox2, cMyc oraz Klf4.[1]
Czynniki wprowadzano za pomocą wektorów wirusowych. Wektory to niewielkie cząsteczki DNA pochodzenie bakteryjnego lub wirusowego
służące do przenoszenia fragmentu DNA do genomu gospodarza. W obrębie wektora wirusowego ulokowano geny kodujące czynniki
transkrypcyjne. Takimi wektorami infekowano kolejno komórki pochodzące tak z zarodka, jak i z dojrzałej tkanki łącznej myszy. Efektem
pracy były kolonie komórkowe o zbliżonej morfologii do embrionalnych komórek macierzystych, zwiększonej acetylacji histonów,
zmniejszonej metylacji DNA, dużej aktywności telomerazy. Aby sprawdzić pluripotencję uzyskanych komórek, wszczepiano je podskórnie
myszom. Jeśli efekt eksperymentu jest pozytywny, u myszy tworzą się guzy – potworniaki. Udało się uzyskać potworniaki złożone z 3
listków zarodkowych, co świadczy o pluripotencji komórek. Żaden z otrzymanych klonów nie był zdolny do ekspresji markera
trofoblastu,[1] czyli nie uzyskano klonu totipotencjalnego.
W 2007 roku James Thomson wraz ze współpracownikami z sukcesem powtórzył procedurę dla komórek ludzkich. Zastosował dwa
dodatkowe czynniki (Nanog oraz Lin28), które wzmocniły proces przeprogramowania.[6] Te dwa przełomowe wydarzenia sprawiły, że dziś
naukowcy mogą stosować komercyjnie dostępne systemy (zestawy) do przeprowadzenia przeprogramowania komórki. Innowacją są
zestawy oparte na systemie jednowektorowym. Geny kodujące czynniki transkrypcyjne są poprzedzielane samotrawiącymi się fragmentami
DNA. Są również doniesienia, że wystarczy wprowadzić 3, 2, a nawet 1 czynnik "przeprogramowujący", by otrzymać komórki iPSC.[7]
Dużym problemem przy stosowaniu systemu wektorowego jest integracja genomu wirusa z genomem przeprogramowywanych komórek.
Obecnie trwają prace nad wektorem, który sam opuszcza komórkę po procesie przeprogramowania (self-cleaning vector).[7]
Kolejnym problemem przy stosowaniu systemów wektorowych jest słabo kontrolowana ekspresja wprowadzonych czynników
transkrypcyjnych. Rozwiązaniem może być zastosowanie promotora zależnego od tetracykliny, co oznacza, że można kontrolować
2011‐02‐09 23:06
Prawo.mp.pl
2z3
hp://prawo.mp.pl/publikacje/bioetyka/show.html?id=51528&print=1
aktywność genu poprzez odpowiednią dawkę tego antybiotyku.[8] Innym rozwiązaniem jest opracowanie wektora wykorzystującego
bakulowirusy (wirusy, których gospodarzem są owady). Specjalnie opracowany dla komórek ssaczych bakulowirus programuje komórkę
bez integracji w jej genom. Metoda bezwektorowa polega na wprowadzeniu specjalnego czynnika wyposażonego w domeny wiążące się
z błoną komórkową, który pozwala na przeniknięcie białka potrzebnego w procesie przeprogramowania do wnętrza komórki.[9] Próbuje się
też opracować metodę, która nie używa ani genetycznej manipulacji, ani wprowadzania białek. Badane są małe cząsteczki odgrywające
rolę w procesie przeprogramowania, takie jak kwas walproinowy, który jest inhibitorem enzymu – deacetylazy histonów. Opracowanie
"koktajlu" takich cząsteczek spowodowałoby, że proces uzyskiwania iPSC podlegałby łatwiejszej kontroli i byłby znacznie tańszy.[10]
iPSC mogą się stać doskonałym narzędziem w terapii konkretnego pacjenta lub grupy pacjentów z określoną chorobą (p. wyżej). Mogą być
również dobrym modelem do testowania leków przeznaczonych dla określonej grupy ludzi. Obecnie można zamówić zestawy do
uzyskiwania iPSC, ale głównie po to, by badać proces przeprogramowania czy analizować efekt tego procesu. Technologia jest
obiecująca, ale na razie ma wiele wad. Jeśli proces przeprogramowania odbywa się za pomocą wektorów wirusowych, dochodzi do
losowej integracji fragmentów genomu wirusa z genomem komórek ludzkich, co generuje nieprzewidywalną zmienność w sekwencji DNA
komórek. Terapia genowa z użyciem techniki wektorowej ujawniła, że może to spowodować transformację nowotworową.[5] Próbuje się
opracować nowe systemy pozwalające na przeprogramowanie komórki, ale obecnie metoda wektorowa jest jedyną metodą stosowaną
komercyjnie. Proces przeprogramowania z użyciem tego systemu trwa około miesiąca. Jeśli przeprogramowanie odbywa się poprzez fuzję
komórek lub transfer jądra, cały proces trwa 24–48 godzin. Im dłuższy proces, tym większe prawdopodobieństwo nagromadzenia
niekorzystnych mutacji, więc ryzyko wydaje się znaczne.[7] Do tej pory nie udało się opracować metody, która pozwalałaby na
oszacowanie dopuszczalnego progu mutacji, jaki może zawierać komórka wprowadzana do organizmu ludzkiego. Technologia uzyskiwania
iPSC jest mało wydajna: na 10 000 komórek poddawanych przemianie, udaje się wytworzyć tylko jedną przeprogramowaną komórkę.[11]
Etyczne pytania w kwestii iPSC
Naukowcy cały czas dążą do tego, by usprawnić proces indukcji komórek pluripotencjalnych. Zwiększają wydajność procesu
przeprogramowania za pomocą różnych czynników: sekwencji DNA, białek, małych cząsteczek chemicznych. Proces jest pod pilną
obserwacją wielu ośrodków badawczych i firm komercyjnych. Zakładając, że uda się opracować wysoce wydajną metodę, w której nie
będzie dochodzić do integracji genomu wektora z genomem uzyskiwanych iPSC, linie komórkowe będą stabilne i pierwsze próby kliniczne
wykażą skuteczność leczenia z ich wykorzystaniem – to czy stosowanie tej techniki będzie etycznie dopuszczalne? iPSC charakteryzują się
tymi samymi cechami co embrionalne komórki macierzyste, czyli: nie mają warstwy komórek niezbędnych do wytworzenia łożyska, są zbyt
małe i nie są totipotentne, czyli nie mogą przekształcić się w cały organizm ludzki.[12] Ich otrzymywanie nie wiąże się z niszczeniem
embrionu, dlatego technika ta może się wydawać etycznie dopuszczalna. Wypowiedź Gregory’ego Kaebnicka z Hasting Centre na forum
bioetyków13 sugeruje nam ostrożność w fascynacji nową metodą. Uważa on, że iPSC nie różnią się pod względem etycznym od klonów
uzyskanych na drodze tzw. klonowania terapeutycznego. Zarówno iPSC, jak i klony nie przekształcą się w człowieka, jeśli się im nie
zapewni odpowiednich warunków. iPSC wytwarzają 3 listki zarodkowe, czyli są pluripotentne. Dodanie jednego czy kilku czynników, które
sprawiłyby, że będą zdolne do wytworzenia trofoblastu (warstwa komórek odpowiedzialna za wytworzenie łożyska), przekształciłoby je
w komórki totipotentne, czyli zdolne do wytworzenia organizmu ludzkiego. Keabnick twierdzi, że jeśli mamy obawy co do tego, że klony
mogą się stać człowiekiem, to takie same obawy powinniśmy mieć w stosunku do iPSC.
Procedura wyprowadzania indukowanych pluripotentych komórek macierzystych jest wieloetapowa, ale wprawny laborant może ją
przeprowadzić bez większych trudności. Na stronach firm produkujących gotowe zestawy do przeprogramowania można obejrzeć krótkie
filmy pokazujące wszystkie etapy procedury. Daleka jest jeszcze droga do tego, by proces ten był szybki, wydajny, powtarzalny i zależny
tylko od 1 czy 2 czynników. Jeśli tak się kiedyś stanie, to odpowiedź na pytanie o aspekt etyczny będzie bardzo trudna. Z jednej strony nie
jest niszczone życie ludzkie (embrion) i nie wyrządza się szkody innym osobom, a cała procedura ma szczytny cel – pomoc ciężko chorym
i ratowanie życia. Z drugiej zaś strony: czy możemy w laboratorium mieć taką władzę, że dodając jakiś czynnik lub nie, tworzymy z komórki
somatycznej pełny embrion lub tylko 3 listki zarodkowe? Takich i podobnych pytań nasuwa się wiele. Jedyne, co możemy zrobić dzisiaj, to
bacznie obserwować, co się dzieje w tej nowej bardzo fascynującej technologii. Bioetyk opiniujący tę metodę powinien mieć pewność, że
iPSC nie przekształcą się w embrion.
Jeden z bioetyków, porównując klonowanie terapeutyczne z klonowaniem reprodukcyjnym, trochę nietrafnie zacytował architekta Ludwiga
Meisa van der Rohe: "Bóg tkwi w szczegółach".[14] Znana jest też parafraza tego cytatu: "Diabeł tkwi w szczegółach". W przypadku iPSC
szczegóły mają ogromne znaczenie i to one zadecydują o tym, czy metoda będzie etycznie dopuszczalna czy nie.
Piśmiennictwo
1. Takahashi K., Yamanaka S.: Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.
Cell, 2006; 126: 663–676
2. The National Academies: Guidelines for human embryonic stem cell research. http://www.nap.edu/. Za: Dickenson D.: Good
science and Good ethics: why we should discourage payment for eggs for stem cell research. Nature Rev. Genetics, 2009; 10.
http://www.nature.com/reviews/genetics
3. Dickenson D.: Good science and Good ethics: why we should discourage payment for eggs for stem cell research. Nature Rev.
Genetics, 2009; 10. http://www.nature.com/reviews/genetics
4. National Institutes of Health: Guidelines on human stem cell research.
http://stemcells.nih.gov/policy/2009guidelines.html/. Za: Dickenson D.: Good science and Good ethics: why we should discourage
payment for eggs for stem cell research. Nature Rev. Genetics, 2009; 10. http://www.nature.com/reviews/genetics
5. Sanak M.: Indukowane pluripotentne komórki macierzyste – nadzieja medycyny regeneracyjnej. Med. Prakt., 2008; 3: 161–164
6. Yu J., Hu K., Smuga-Otto K. i wsp.: Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science, 2007; 318. Za:
Eisenstein M.: iPSCs: one cell to rule them all? Nature Methods, 2010; 7: 81
7. Eisenstein M.: iPSCs: one cell to rule them all? Nature Methods, 2010; 7: 81–85
8. Yu J., Hu K., Smuga-Otto K. i wsp.: Human induced pluripotent stem cells free of vector and transgene sequences. Science, 2009; 324.
Za: Eisenstein M.: iPSCs: One Cell to rule them all? Nature Methods, 2010; 7: 82
9. Zhou H., Wu S., Joo J.Y. i wsp.: Generation of induced pluripotent stem cells using recombinant proteins. Cell Stem Cell, 2009; 4: 383
10. Lin T., Ambasudhan R., Yuan X. i wsp.: A chemical platform for improved induction of human iPscs. Nature Methods, 2009; 6: 805–808
11. Sposób na wytwarzanie etycznych komórek macierzystych. Rzeczpospolita/Rynek Zdrowia.
http://www.rynekzdrowia.pl/Badania-i-rozwoj/Sposob-na-wytwarzanie-etycznych-komorek-macierzystych-,12
040,11.html
12. Cohen C.B., Brandhorst B.P.: Getting clear on the ethics of iPS cells. Bioethics forum,
2011‐02‐09 23:06
Prawo.mp.pl
3z3
hp://prawo.mp.pl/publikacje/bioetyka/show.html?id=51528&print=1
http://www.thehastingscenter.org/Bioethicsforum/Post.aspx?id=710&blogid=140
13. Tamże, Readers respond: G. Kaebnick The Hastings Centre
14. McHugh R.: Zygote and "Clonote": the ethical use of embryonic stem cells. N. Engl. J. Med., 2004; 351: 209
Dodaj swoją opinię
Treść
Imię i nazwisko
Prosimy przepisać znaki z obrazka po lewej
WPROWADŹ
Redakcja
Odpowiedzialność cywilna
Copyright © 1996 - 2011 Medycyna Praktyczna
2011‐02‐09 23:06