Γερμανοί ερευνητές «γυρίζουν πίσω» τη βιολογική ηλικία ανθρώπινων κυττάρων στο εργαστήριο

Λίγα χιλιοστόλιτρα αίματος, επτά εβδομάδες σε επωαστικό θάλαμο, και από τα κύτταρα ενός υπερήλικα ανθρώπου προκύπτει κάτι που σε μοριακό επίπεδο φέρει ελάχιστα ίχνη ηλικίας.

ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ

ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ

Έτσι, ερευνητές από τη Βόννη και το Άαχεν πέτυχαν μια εντυπωσιακή επιστημονική πρόοδο. Στο εργαστήριο καλλιέργησαν από απλές δείγματοληψίες αίματος, ακόμη και από ανθρώπους άνω των 100 ετών, νεαρά νευρικά βλαστοκύτταρα. Με τη βοήθεια δύο γενετικών «διακοπτών» οι ηλικιωμένα και εξασθενημένα κύτταρα επαναπρογραμματίστηκαν μέσα σε λίγες εβδομάδες και πλέον εμφανίζουν σε μοριακό επίπεδο σχεδόν καθόλου σημάδια γήρανσης.

Αυτό περιγράφει μια ομάδα με επικεφαλής τη νευροεπιστήμονα Λέα Τζέσικα Μπεργκ και τον ερευνητή βλαστοκυττάρων Όλιβερ Μπρύστλε από το Ινστιτούτο Αναγεννητικής Νευροβιολογίας του Πανεπιστημίου της Βόννης (Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Universität Bonn) στο επιστημονικό περιοδικό Aging Cell. Συμμετείχε επίσης η ομάδα του ειδικού στη γήρανση Βόλφγκανγκ Βάγκνερ από τη Ρηνανική-Βεστφαλιανή Ανώτατη Τεχνική Σχολή Άαχεν (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - RWTH Aachen).

Για τη μελέτη έδωσαν δείγματα αίματος 15 άνθρωποι, από νεογέννητο έως άτομο 101 ετών. Οι ερευνητές απομόνωσαν από αυτά πρόδρομα κύτταρα ερυθρών αιμοσφαιρίων και, με τη βοήθεια ενός ακίνδυνου ιού, εισήγαγαν δύο λεγόμενα ρυθμιστικά γονίδια: SOX2 και cMYC. Τα ρυθμιστικά γονίδια περιέχουν τις οδηγίες για πρωτεΐνες που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν στοχευμένα άλλα γονίδια και έτσι καθορίζουν την ταυτότητα και την αποστολή κάθε κυττάρου.

Με μόλις δύο γενετικούς «διακόπτες» μπόρεσαν οι ερευνητές να μετατρέψουν απευθείας τα κύτταρα του αίματος σε λεγόμενα επαγόμενα νευρικά βλαστοκύτταρα. Πρόκειται για κύτταρα από τα οποία μπορούν να προκύψουν διαφορετικοί τύποι νευρικών κυττάρων. Δεν χρειάστηκε ενδιάμεσο βήμα μέσω κυττάρων που μοιάζουν με εμβρυϊκά. Τέτοια κύτταρα έχουν συνήθως τη δυνατότητα να εξελιχθούν σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων.

Ήδη μετά από περίπου δώδεκα ημέρες τα μετατρεμένα κύτταρα εμφάνιζαν τυπικές ιδιότητες νευρικών βλαστοκυττάρων. Στη συνέχεια μπόρεσαν να εξελιχθούν περαιτέρω στο εργαστήριο. Δεν προέκυψαν μόνο νευρικά κύτταρα, αλλά και δύο σημαντικοί τύποι στηρικτικών κυττάρων στον εγκέφαλο. Τα στηρικτικά αυτά κύτταρα υποστηρίζουν τα νευρικά κύτταρα και βοηθούν ώστε ο εγκέφαλος να λειτουργεί σωστά.

Η ηλικία «λιώνει», αργά αλλά σταθερά

Η βιολογική ηλικία των κυττάρων προσδιορίστηκε με τη βοήθεια ενός λεγόμενου επιγενετικού ρολογιού. Αυτό εξετάζει συγκεκριμένες χημικές σημάνσεις στο γενετικό υλικό. Οι σημάνσεις αυτές μεταβάλλονται στη διάρκεια της ζωής και μπορούν έτσι να δώσουν ενδείξεις για το πόσο βιολογικά «ηλικιωμένο» είναι ένα κύτταρο.

Στα αρχικά κύτταρα του αίματος η μετρούμενη βιολογική ηλικία ταίριαζε καλά με την πραγματική ηλικία των ανθρώπων από τους οποίους προέρχονταν. Μετά τη μετατροπή σε νευρικά βλαστοκύτταρα η εικόνα άλλαξε ριζικά: Τα νεοπαραγόμενα βλαστοκύτταρα εμφάνιζαν κατά μέσο όρο μόλις περίπου το 13% της ηλικίας των αρχικών δοτών τους. Όταν τα κύτταρα καλλιεργήθηκαν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στο εργαστήριο, η τιμή αυτή έπεσε ακόμη και κάτω από το 5%.

Αυτό σημαίνει ότι τα κύτταρα, μέσω της μετατροπής, φαίνονταν βιολογικά σαφώς νεότερα. Για ένα άτομο ηλικίας 101 ετών, αυτό θα αντιστοιχούσε υπολογιστικά σε ηλικία κυττάρων περισσότερο κοντά σε εκείνη ενός παιδιού. Σημαντικό είναι ότι τα κύτταρα δεν μετατρέπονται στην πραγματικότητα σε παιδικά κύτταρα. Οι μετρήσεις μάλλον υποδηλώνουν ότι ορισμένα βιολογικά χαρακτηριστικά της γήρανσης επαναφέρθηκαν σε προγενέστερη κατάσταση κατά τη μετατροπή.

Στην κλασική επαναπρογραμματισμένη μετατροπή σε λεγόμενα κύτταρα «όλα μπορούν», το επιγενετικό ρολόι μηδενίζεται πλήρως μέσα σε περίπου τρεις εβδομάδες. Στη μέθοδο που εξετάστηκε εδώ χρειάστηκαν περίπου 50 ημέρες μέχρι να εξαφανιστούν οι περισσότερες ενδείξεις βιολογικής γήρανσης. Για την έρευνα αυτό θεωρείται πλεονέκτημα: Επειδή η διαδικασία διαρκεί περισσότερο, οι επιστήμονες μπορούν να παρακολουθήσουν πιο λεπτομερώς τα επιμέρους βήματα και να εξετάσουν πώς μπορεί να επηρεαστεί στοχευμένα η βιολογική ηλικία.

Ωστόσο ένα επιγενετικό ρολόι δείχνει μόνο κατά προσέγγιση πόσο βιολογικά γηρασμένο είναι ένα κύτταρο. Γι’ αυτό η ερευνητική ομάδα εξέτασε επιπλέον άλλα τυπικά σημάδια γήρανσης. Ανάμεσά τους ήταν αλλαγές στο περίβλημα του πυρήνα, που περιβάλλει το γενετικό υλικό στον πυρήνα του κυττάρου, καθώς και η λειτουργία του κυτταρικού συστήματος απομάκρυνσης αποβλήτων.

Το σύστημα αυτό φροντίζει ώστε κατεστραμμένα ή μη απαραίτητα πλέον συστατικά να διασπώνται και να απομακρύνονται. Ελέγχθηκαν επίσης τα μιτοχόνδρια, που παρέχουν ενέργεια στο κύτταρο, πιθανές βλάβες στο DNA και οι λεγόμενοι δείκτες κυττάρων σε γήρανση. Οι τελευταίοι είναι χαρακτηριστικά κυττάρων που δεν διαιρούνται πλέον, αλλά μπορούν να παραμένουν ενεργά.

Το αποτέλεσμα: Στα μετατρεμένα βλαστοκύτταρα δοτών ηλικίας 87 και 101 ετών οι ερευνητές δεν εντόπισαν εμφανή σημάδια ότι τα κύτταρα συνέχιζαν να είναι γηρασμένα. Και σε επίπεδο γονιδιακής δραστηριότητας τα κύτταρα συγκλίνουν μεταξύ τους. Πριν από τη μετατροπή, νεαρά και ηλικιωμένα κύτταρα αίματος διέφεραν στη δραστηριότητα σχεδόν 1.900 γονιδίων. Μετά τη μετατροπή έμεναν διαφορές σε περίπου δώδεκα γονίδια.

Αυτό υποδηλώνει ότι τα κύτταρα ανανεώθηκαν μέσω της μετατροπής όχι μόνο ως προς τη μετρούμενη βιολογική ηλικία τους, αλλά και ως προς πολλά άλλα χαρακτηριστικά της γήρανσης.

Όχι «πηγή νεότητας», αλλά ένα εργαλείο

Αρχικά οι ερευνητές υπέθεσαν ότι τα κύτταρα ανανεώνονται κυρίως επειδή διαιρούνται και πολλαπλασιάζονται συνεχώς. Για να ελέγξουν αυτή την υπόθεση, επιβράδυναν την κυτταρική διαίρεση με τη βοήθεια δραστικών ουσιών. Σε ένα ακόμη πείραμα φρόντισαν ώστε τα κύτταρα να εξελιχθούν νωρίτερα σε νευρικά κύτταρα. Τέτοια ώριμα νευρικά κύτταρα συνήθως δεν διαιρούνται πλέον.

Το αποτέλεσμα εξέπληξε: Ακόμη και όταν τα κύτταρα δεν διαιρούνταν πια ή διαιρούνταν ελάχιστα, η βιολογική τους ηλικία συνέχισε να γίνεται αισθητά νεότερη. Το επιγενετικό ρολόι γύρισε σχεδόν εξίσου πίσω όσο και σε κύτταρα που συνέχιζαν να πολλαπλασιάζονται. Η αναζωογόνηση επομένως δεν φαίνεται να εξαρτάται από το αν τα κύτταρα διαιρούνται. Ποια διαδικασία ευθύνεται αντί γι’ αυτό πρέπει ακόμη να διερευνηθεί. Οι ερευνητές θεωρούν το γονίδιο SOX2 ως έναν πιθανό «κλειδί».

Μια θεραπεία αντιγήρανσης για ανθρώπους δεν διαφαίνεται πάντως ακόμη στον ορίζοντα. Η αναζωογόνηση έχει παρατηρηθεί μέχρι τώρα αποκλειστικά στο εργαστήριο, σε τεχνητό περιβάλλον εκτός σώματος. Επιπλέον η ερευνητική ομάδα επισημαίνει αρκετούς περιορισμούς της μελέτης: Το επιγενετικό ρολόι δεν μπορεί να καταγράψει όλες τις αλλαγές που εμφανίζονται με τη γήρανση. Επιπλέον δεν υπάρχουν κατάλληλα, πραγματικά γηρασμένα νευρικά βλαστοκύτταρα με τα οποία οι ερευνητές θα μπορούσαν να συγκρίνουν άμεσα τα αποτελέσματά τους. Και διαφορετικές συνθήκες οξυγόνου κατά την καλλιέργεια στο εργαστήριο θα μπορούσαν επίσης να επηρεάσουν τις μετρήσεις.

Τη μεγαλύτερη χρησιμότητα των ευρημάτων τους οι ερευνητές τη βλέπουν επομένως στη βασική έρευνα. Η νέα διαδικασία θα μπορούσε να αποτελέσει εναλλακτική λύση σε υφιστάμενα μοντέλα αναζωογόνησης κυττάρων. Με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσαν να εξεταστούν πιο αναλυτικά ποιες βιολογικές διεργασίες κρατούν τα κύτταρα νεαρά ή τα κάνουν ξανά νεότερα.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει αυτό για την έρευνα του εγκεφάλου. Η ηλικία είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες κινδύνου για ασθένειες του εγκεφάλου, μεταξύ των οποίων το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον. Μια καλύτερη κατανόηση της γήρανσης των κυττάρων θα μπορούσε μακροπρόθεσμα να βοηθήσει στο να κατανοηθούν τέτοιες ασθένειες πληρέστερα και ενδεχομένως να αναπτυχθούν νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις.