Nobelova nagrada za medicinu 2012. godine

Ovogodišnju Nobelovu nagradu za medicinu dijele dva znanstvenika: dr. John B. Gurdon i dr. Shinya Yamanaka. Nagrada je dodijeljena za otkriće načina kojim se zrele diferencirane stanice organizma mogu reprogramirati u pluripotentne matične stanice (engl. induced pluripotent stem cells – iPS), a koje se potom mogu ponovo diferencirati u različite tipove diferenciranih stanica. Pionirski rad u ovom području djelo je dr. Gurdona koji je prvi na svijetu klonirao žabu prijenosom jezgre somatske stanice u enukleiranu jajnu stanicu. Pedeset godina kasnije, dr. Yamanaka pokazao je da se i pojedinačna diferencirana stanica može reprogramirati u pluripotentno stanje, u iPS. Ovim je istraživanjima okončano dugogodišnje uvjerenje da se diferencirane stanice ne mogu reprogramirati u pluripotentne matične stanice, čime su otvorena vrata novim, u kliničkoj praksi primjenjivim, istraživanjima.  

 

U drugom tjednu mjeseca listopada 2012. godine dodijeljena je Nobelova nagrada za područje fiziologije ili medicine za otkriće načina kojim se zrele, diferencirane stanice organizma, mogu reprogramirati u pluripotentne matične stanice, tzv. iPS (engl. induced pluripotent stem cells). Više o iPS-u pisali smo u Medixu br. 94/95, srpanj/kolovoz 2011. godine (str. 107-108). Ovogodišnju nagradu dijele dva znanstvenika: dr. John B. Gurdon (University of Cambridge, Engleska, za istraživanja provedena prije 50 godina) i dr. Shinya Yamanaka (Kyoto University, Japan, pionir istraživanja u području matičnih stanica, za otkriće objavljeno 2006. godine). Komisija za dodjelu Nobelove nagrade smatrala je da su istraživanja ove dvojice znanstvenika „revolucionarizirala“ znanost.

Vrste matičnih stanica

Razvitak organizama koji se razmnožavaju spolno započinje zigotom koja se uzastopnim mitotičkim diobama tijekom najranijeg perioda embrionalnog razvitka pretvara prvo u morulu, a potom u blastocistu i gastrulu, koja sa svoja tri embrionalna listića predstavlja osnovu razvitka svih tkiva i organa budućeg organizma. Sve do četvrtog dana nakon fertilizacije, stanice embrija (blastomere) su totipotentne, tj. imaju sposobnost razvitka u bilo koji tip diferenciranih stanica. Nazivaju se embrionalne totipotentne matične stanice. Blastomere blastule starije od četiri dana počinju se specijalizirati, postaju pluripotentne, i mogu se diferencirati u više tipova stanica. Od svake ovakve stanice može nastati veći dio stanica i tkiva organizma, ali ne i cijeli organizam. Multipotentne, adultne, matične stanice su organ ili tkivno specifične. Nalaze se u organima odraslog organizma. Mogu se diferencirati u nekoliko tipova stanica. Npr. multipotentne matične stanice mozga diferenciraju se u razne tipove neurona i glija stanica.

Netom nakon otkrića humanih embrionalnih matičnih stanica započinju istraživanja njihove moguće primjene u regenerativnoj medicini, posebice liječenju oboljelih od neurodegenerativnih bolesti. Embrionalne matične stanice mogu se dobiti na dva načina: iz blastule, tj. embrija (npr. zaostalih nakon in vitro oplodnje) i tzv. somatic nuclear trasfer – prijenosom jezgre somatske stanice u enukleiranu jajnu stanicu. Oba načina predstavljaju osnovu kloniranja. Međutim, upotreba embrija preostalih nakon in vitro fertilizacije predstavlja ogroman, još uvijek neriješen, etički problem. Stoga su otkrića za koja je ove godine dodijeljena Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu od neprocjenjive važnosti za regenerativnu medicinu.

Prva klonirana životinja

Otkriće mogućnosti reprogramiranja zrelih stanica predstavlja paradigmu dotadašnjeg razumijevanja diferencijacije stanica i plastičnosti stanja diferenciranosti. Diferencijacija stanica smatrala se jednosmjernim procesom, tijekom kojeg nediferencirane stanice sazrijevaju u različite tipove specijaliziranih stanica, kao što su npr. neuroni, stanice mišića i kože.

Tijekom prve polovine 20. stoljeća prevladavalo je mišljenje da se diferencirane stanice ne mogu preobraziti u slabije diferencirane oblike, a naročito ne u pluripotentne stanice. Međutim, 1962. godine istraživanja Johna B. Gurdona radikalno su promijenila ovo gledište. On je bio prva osoba na svijetu koja je klonirala životinju – žabu (Xenopus laevis). Kako? Pokazao je da jezgra diferencirane stanice epitela crijeva punoglavca prenesena u enukleiranu jajnu stanicu žabe (kloniranje primjenom tehnike somatic nuclear trasfer) omogućava razvitak takve jajne stanice u punoglavca. Pokazao je, dakle, da jezgra diferencirane stanice ima potencijal prijelaza na pluripotentno stanje i potom mogućnost ponovnog embrionalnog razvitka. Isprva su istraživanja dr. Gurdona primljena sa skepsom, s obzirom na ustaljeno mišljenje da se za neku funkciju već usmjerene stanice ne mogu vratiti u manje diferencirano stanje, slično embrionalnom. Sve do razvitka genomike nije bilo poznato kako komponentne enukleirane jajne stanice mogu reprogramirati jezgru somatske stanice na način da funkcionira poput jezgre jajne, odnosno embrionalne stanice. Međutim, istraživanja dr. Gurdona bila su polazna točka nastojanja razumijevanja reprogramiranja i kloniranja različitih organizama. Po istom je principu 1997. godine klonirana i ovca Dolly, a kasnije i druge vrste sisavaca, kao naprimjer, miš, krava, svinja, vuk.

Inducirane pluripotentne matične stanice (iPS)

Međutim, ovim otkrićem nije bilo razjašnjeno može li se pojedinačna diferencirana stanica reprogramirati tako da postane pluripotentna. Godine 2006. tu je mogućnost dokazao dr. Shinya Yamanaka vrlo jednostavnim pokusom. Pokazao je da se unošenjem malog broja gena (najmanje četiri) koji kodiraju čimbenike transkripcije odgovorne za „aktivaciju“ i/ili „deaktivaciju“ drugih gena, u diferencirane stanice, one mogu reprogramirati u pluripotentno stanje. Takve su stanice nazvane iPS. Naime, ispostavilo se da u embrionalnim matičnim stanicama postoje 24 aktivna gena (tzv. stemness geni) zadužena za održavanje pluripotentosti i samoobnavljanja. Unosom u diferencirane somatske stanice samo četiri aktivna gena (Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) (od spomenuta 24), bilo je dovoljno za njihovo reprogramiranje u iPS. Tako je dr. Yamanaka uspješno reprogramirao fi broblaste kože odraslog miša u stanice slične embrionalnim – pluripotentne, a ove potom u sva tri zametna listića. Godinu kasnije reprogramiranje je uspješno proveo i sa stanicama čovjeka. Ovo je vrlo važno postignuće jer umnogome olakšava primjenu matičnih stanica u terapeutskom kloniranju, posebice s obzirom na etičke dileme vezane uz uporabu humanih embrionalnih matičnih stanica.

Klinička primjena

Važnost iPS-a za regenerativnu medicinu je neprocjenjiva jer se njihovom upotrebom izbjegavaju barijere imunološke nepodudarnosti i odbacivanja transplantata, s obzirom da se iPS dobiva reprogramiranjem somatskih stanica oboljele osobe. Modeli liječenja s iPS-om načinjeni su za brojne bolesti, kao što su npr. amiotrofična lateralna skleroza, sindrom Rett, spinalna muskularna atrofi ja, α1-antitripsin defi cijencija, familijarna hiperholesterolemija i bolest odlaganja glikogena tip 1. U području kardiovaskularnih bolesti načinjeni su modeli liječenja s iPSom za sindrom Timoty, sindrom LEOPARD te za tip 1 i 2 produženi QT-sindrom. Međutim, vrlo je vjerojatno da postoje i bolesti na koje će se model iPS biti teško primjenjiv. Nadalje, iPS se upotrebljavaju za razvitak i procjenu djelovanja različitih lijekova. Tako je, naprimjer, u iPS-modelu obiteljske disautonomije nađeno vrlo učinkovito djelovanje lijeka kinetina koji može djelomično popraviti aberantno izrezivanje (splicing) gena IKBKAP odgovornog za razvitak bolesti. Prema tome, iPS je koristan i za spoznavanje nastanka i tijeka bolesti i za testiranje novih lijekova.

U zaključku, srušena je ustaljena, dugogodišnja paradigma da se zrele, diferencirane stanice ne mogu reprogramirati u pluripotentne matične stanice. Ovo je otkriće od velikog značaja za sva područja medicine i fiziologije. Otkića dr. J. B. Gurdona i dr. S. Yamanaka otvaraju vrata potpuno novim područjima istraživanja s izravnom primjenom u klinici, u skoroj budućnosti.

Ovogodišnju Nobelovu nagradu za područje fiziologije ili medicine dijele dva znanstvenika: dr. John B. Gurdon - na prvoj slici gore (University of Cambridge, Engleska, za istraživanja provedena prije 50 godina) i dr. Shinya Yamanaka - na drugoj slici gore (Kyoto University, Japan, pionir istraživanja u području matičnih stanica, za otkriće objavljeno 2006. godine). Komisija za dodjelu Nobelove nagrade smatrala je da su istraživanja ove dvojice znanstvenika „revolucionarizirala“ znanost 

 


Članak u cijelosti pročitajte u tiskanom izdanju: MEDIX, God. 18 Br. 101/102