iPS ląstelės yra svarbi tyrimų sritis, galinti pakeisti medicinos technologijas. Jie žada naujus gydymo būdus ir individualizuotą gydymą ir gali pakeisti sveikatos priežiūros ateitį.
Mūsų kūnai sudaryti iš daugiau nei 60 trilijonų ląstelių. Kai kurios ląstelės, pavyzdžiui, širdies ląstelės, gyvena daugiau nei 80 metų, kol miršta. Tačiau dauguma ląstelių, kaip ir kraujo ląstelės, negyvena taip ilgai ir greitai miršta. Raudonieji kraujo kūneliai, kurie suteikia kraujui raudoną spalvą, po jų pagaminimo gyvena tik keturis mėnesius. Jei raudonieji kraujo kūneliai, atsakingi už deguonies tiekimą, yra mirę ir išnykę, kaip jūsų kūno ląstelės gali būti prisotintos deguonimi?
Atsakymas slypi kamieninėse ląstelėse. Kamieninės ląstelės yra nediferencijuotos ląstelės, kuriose nebuvo atliktas procesas, vadinamas diferenciacija, ty tada, kai jos dalijasi į ląsteles, kurios yra specializuotos kiekvienam audiniui. Jie gali dalytis į skirtingų tipų ląsteles, kai organizmui reikia naujų ląstelių. Šis gebėjimas dalytis pagal organizmo poreikius išskiria kamienines ląsteles nuo vėžio ląstelių, kurios nuolat dalijasi. Kamieninės ląstelės palaiko homeostazę ir regeneracinį pajėgumą bei atlieka svarbų vaidmenį atkuriant pažeistus audinius ir kuriant naujas ląsteles. Pavyzdžiui, hematopoetinės kamieninės ląstelės, tam tikros rūšies kamieninės ląstelės, gali gaminti visas kraujyje reikalingas ląsteles, įskaitant raudonuosius kraujo kūnelius, kurie specializuojasi pernešti deguonį, ir baltuosius kraujo kūnelius bei limfocitus, atsakingus už imunitetą. Tai leidžia išlaikyti raudonųjų kraujo kūnelių skaičių kraujyje, kad jie galėtų pernešti deguonį.
Mokslininkai audinių inžinerijai pritaikė kamieninių ląstelių gebėjimą dalytis į skirtingus ląstelių tipus. Idėja naudoti normalių žmonių kamienines ląsteles naujiems odos audiniams, širdims sukurti ir jas persodinti pacientams, kuriems to reikia, sužavėjo medikų bendruomenę. Iš kitų žmonių ląstelių pagaminto audinio persodinimas sukelia imuninį atmetimą, kai organizmas nepriima persodinto audinio, nes jis skiriasi nuo savo ląstelių. Kūnas tampa uždegimas, tarsi dygliukas šone, ir transplantacija nepavyksta. Net jei tai pavyks, gali tekti visą likusį gyvenimą vartoti imunosupresinius vaistus. Laimei, imuninį atmetimą galima įveikti naudojant paties paciento kamienines ląsteles. Dėl to kamieninės ląstelės tapo svarbiu audinių inžinerijos raktiniu žodžiu.
Tačiau suaugusiųjų organizme kamieninių ląstelių skaičius yra ribotas ir negali išsiskirti į vieną organą. Todėl būtina naudoti embrionines kamienines ląsteles, kurios gali pagaminti bet kurį organą, tačiau jos turi tas pačias problemas kaip ir suaugusiųjų kamieninės ląstelės. Svarbiausios kliūtys yra etikos klausimas, ar embrionas laikomas vaisiumi, ir tiekimo klausimas, kur gauti embrionų, kai kiaušinėlių skaičius yra ribotas. Ši problema, kurios negalima išspręsti amžinai, sutrukdė audinių inžinieriams atlikti aktyvius tyrimus.
2006 metais Japonijos Kioto universiteto profesorė Shinya Yamanaka surado puikų šios problemos sprendimo būdą. Jo tyrimai parodė, kad embrionai dalindamiesi išjungia keturis specifinius genus, o tai apriboja individo gebėjimus, kurių jiems nereikia. Vystymosi metu apvaisintas kiaušinėlis yra nustatytas taip, kad nė viena ląstelė negalėtų diferencijuotis į visas, išskleisdama savo gebėjimus tarp kelių tipų ląstelių ir sukurdama apibendrintą somatinę ląstelę, kuri visiškai negali dalytis. Žinoma, tai gali padaryti tik apvaisinto kiaušinėlio DNR. Daktaras Yamanaka keturis normalios somatinės ląstelės genus įjungė atvirkščiai, grąžindamas ją į pradinę embrioninės kamieninės ląstelės būseną. Gautos ląstelės vadinamos indukuotomis pluripotentinėmis kamieninėmis ląstelėmis (iPS Cells). Kadangi iPS ląstelės naudoja daug somatinių ląstelių, jos gali kartą ir visiems laikams išspręsti etines ir embrioninių kamieninių ląstelių tiekimo problemas.
Prof. Shinya Yamanaka už savo darbą 2012 m. buvo apdovanotas Nobelio fiziologijos arba medicinos premija. Iš pradžių jis buvo chirurgas ortopedas. Tačiau mokslininku jis tapo tada, kai suprato, kad dabartinės medicinos technologijos nepajėgia gydyti nepagydomų ligų, tokių kaip įgimta širdies liga. Jo sukurta technologija atvėrė audinių inžinerijos galimybę. Išspręstos etikos problemos, kurios buvo socialinė problema, bet svarbiausia – eksperimentinės medžiagos tiekimas. Jei galime diferencijuoti kamienines ląsteles į norimas ląsteles, galime sukurti individualizuotą ląstelių terapiją, skirtą ligoms, kurias sukelia ląstelių anomalijos, gydyti arba sukurti naujus vaistus, kurie reaguoja tik į tas ląsteles. Tikimasi, kad pritaikytas gydymas naudojant kamienines ląsteles pradės naują individualizuotos medicinos erą. Deja, mes nežinome, kaip juos atskirti į norimas ląsteles, todėl turime atlikti daugybę eksperimentų, kad tai išsiaiškintume, o tam reikia daug kamieninių ląstelių.
Individualizuotos ląstelių terapijos gali būti išbandytos dėl saugumo ir gali radikaliai gydyti paciento ligą. Pavyzdžiui, Parkinsono liga sukelia dopamino neuronų mirtis vidurinėse smegenyse. Dabartinis gydymas vaistais yra tik laikinas, o ne gydymas. Kita vertus, jei kamieninės ląstelės diferencijuojamos į dopamino neuronus ir persodinamos, Parkinsono ligą galima išgydyti. Prireikė daug kamieninių ląstelių, kad būtų galima pasinaudoti šia ląstelių terapija, kuri šiuo metu yra bandoma beždžionėmis.
Kamieninės ląstelės gali būti naudojamos ligų tyrimams ir vaistų kūrimui. Iki šiol mokslininkai turėjo naudoti gyvūnų ląsteles kurdami naujus vaistus, tačiau išsprendę tiekimo problemą su iPS ląstelėmis, dabar jie gali atlikti bandymus tiesiogiai su žmogaus ląstelėmis. Sėkmės tikimybė klinikinėje stadijoje yra maža, jei eksperimentai atliekami su gyvūnų ląstelėmis, todėl vaistų kūrimas užtruko daug laiko ir buvo brangus. Tačiau jei pakeisite žmogaus ląstelių diferenciaciją nuo ligos, galite sukurti kamienines ląsteles su ta pačia liga. Ištyrus šias ląsteles, terapinį poveikį turintys vaistai gali būti patikrinti ir turi didesnę tikimybę, kad klinikinėje stadijoje pasiseks.
Kamieninių ląstelių technologija taip pat atveria naujų galimybių regeneracinėje medicinoje, be paprastų terapijų. Pavyzdžiui, atliekami tyrimai, skirti atkurti pažeistus nugaros smegenų nervus arba atstatyti degeneracinio artrito pažeistas kremzles. Toks požiūris į regeneracinę mediciną gali suteikti naujų vilčių daugeliui pacientų, sergančių nepagydomomis ligomis.
iPS ląstelių įtraukimas į audinių inžineriją atgaivino daugelį tyrimų sričių ir atvėrė duris audinių inžinerijai, kuri dėl socialinių problemų ir kamieninių ląstelių trūkumo vystėsi lėtai. Tyrimų, naudojant iPS ląsteles, rezultatai buvo paskelbti šventuosiuose „Nature“ puslapiuose. Netrukus iš iPS ląstelių bus sukurtos ląstelinės terapijos, kurios bus pritaikytos pacientui, o galiausiai pacientai, kuriems reikia širdies ar inkstų persodinimo, galės gauti organus, kurie nesukels imuninio atmetimo. Šios pažangos yra svarbūs žingsniai siekiant įgyvendinti sveikatos priežiūros ateitį, apie kurią svajojame.
