Эмбриональные стволовые клетки — это те клетки, которые не подверглись какой-либо «специализации»; таким образом, они могут дать начало любому типу клеток в теле. Вот что делает их такими ценными: их можно использовать, среди прочего, для восстановления поврежденных тканей, лечения аутоиммунных заболеваний и даже для выращивания органов после трансплантации.
Использование стволовых клеток, взятых из эмбрионов, проблематично из-за доступности и этических соображений, но надежды на их использование возродились в 2006 году, когда команда под руководством Шинья Яманака из Киотского университета обнаружила, что можно «перепрограммировать» взрослые клетки. Полученные клетки, называемые «индуцированные плюрипотентные стволовые клетки» (ИПСК), создаются путем вставки четырех генов в их ДНК. Несмотря на этот прорыв, процесс перепрограммирования сопряжен с трудностями: он может занять до четырех недель; время не согласовано между ячейками; и менее одного процента обработанных клеток фактически становятся стволовыми клетками.Ханна и его команда спросили: что является основным препятствием — или препятствиями — которые мешают успешному репрограммированию в большинстве клеток?
В своем постдокторском исследовании Ханна использовал математические модели, чтобы показать, что причиной является единственное препятствие. Конечно, в биологии Ханна первая признала, что для подтверждения моделей требуется экспериментальное доказательство. Настоящее исследование не только предоставляет доказательства, но и раскрывает сущность этого единственного препятствия и показывает, что его устранение может значительно улучшить перепрограммирование.Группа Ханны, возглавляемая доктором Ноа Новерштерн, Йоахом Раисом, Асафом Цвираном и Шаем Геулой из отдела молекулярной генетики, вместе с членами отдела геномики Израильского центра структурной протеомики Института, исследовала определенный белок, названный MBD3, функция которого был неизвестен.
MBD3 привлек их внимание, потому что он экспрессируется в каждой клетке тела на каждой стадии развития. Это довольно редко: как правило, большинство типов белков вырабатываются в определенных клетках в определенное время для выполнения определенных функций.
Команда обнаружила, что есть одно исключение из правила универсальной экспрессии этого белка: первые три дня после зачатия. Именно в эти три дня оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, а зародыш — это растущий клубок плюрипотентных стволовых клеток, которые в конечном итоге будут снабжать все типы клеток в организме.
Начиная с четвертых суток начинается дифференцировка, и клетки уже начинают терять свой плюрипотентный статус. Именно тогда впервые появляются белки MBD3.Это открытие имеет важное значение для производства ИПСК для медицинского применения.
Яманака использовал вирусы для вставки четырех генов, но по соображениям безопасности они не используются при репрограммировании клеток для использования у пациентов. Это дает процессу еще более низкий уровень успеха — всего около десятой процента.
Исследователи показали, что удаление MBD3 из взрослых клеток может повысить эффективность и ускорить процесс на несколько порядков. Время, необходимое для производства стволовых клеток, сократилось с четырех недель до восьми дней. В качестве дополнительного бонуса, поскольку все клетки прошли перепрограммирование с одинаковой скоростью, теперь ученые впервые смогут действительно проследить его шаг за шагом и раскрыть механизмы его действия.
Ханна отмечает, что достижение его команды было основано на исследовании естественных путей эмбрионального развития: «Ученые, изучающие репрограммирование, могут извлечь выгоду из более глубокого понимания того, как эмбриональные стволовые клетки производятся в природе. В конце концов, природа по-прежнему делает их лучшими в мире. наиболее эффективным способом ".