iPS šūnas ir svarīga pētniecības joma ar potenciālu revolucionizēt medicīnas tehnoloģijas. Tie sola jaunas terapijas un personalizētas ārstēšanas metodes, un tām ir potenciāls mainīt veselības aprūpes nākotni.
Mūsu ķermenis sastāv no vairāk nekā 60 triljoniem šūnu. Dažas šūnas, piemēram, sirds šūnas, dzīvo vairāk nekā 80 gadus, pirms tās mirst. Bet lielākā daļa šūnu, tāpat kā asins šūnas, nedzīvo tik ilgi un ātri mirst. Sarkanās asins šūnas, kas piešķir asinīm sarkano krāsu, pēc to izveidošanas dzīvo tikai četrus mēnešus. Ja sarkanās asins šūnas, kas ir atbildīgas par skābekli, ir mirušas un pazudušas, kā jūsu ķermeņa šūnas var tikt piesātinātas ar skābekli?
Atbilde slēpjas cilmes šūnās. Cilmes šūnas ir nediferencētas šūnas, kas nav pakļautas procesam, ko sauc par diferenciāciju, proti, kad tās sadalās šūnās, kas ir specializētas katram audam. Tie var sadalīties dažāda veida šūnās, kad ķermenim ir vajadzīgas jaunas šūnas. Šī spēja dalīties, reaģējot uz ķermeņa vajadzībām, atšķir cilmes šūnas no vēža šūnām, kuras nepārtraukti dalās. Cilmes šūnas uztur homeostāzi un reģeneratīvo spēju, un tām ir svarīga loma bojāto audu atjaunošanā un jaunu šūnu veidošanā. Piemēram, hematopoētiskās cilmes šūnas, cilmes šūnu veids, var radīt visas asinīs nepieciešamās šūnas, tostarp sarkanās asins šūnas, kas specializējas skābekļa pārnēsāšanai, un baltās asins šūnas un limfocītus, kas ir atbildīgi par imunitāti. Tas ļauj saglabāt sarkano asins šūnu skaitu asinīs, lai tās varētu pārvadāt skābekli.
Zinātnieki ir izmantojuši cilmes šūnu spēju sadalīties dažādos šūnu veidos audu inženierijā. Ideja par normālu cilvēku cilmes šūnu izmantošanu, lai radītu jaunus ādas audus, sirdis un pārstādītu tās pacientiem, kuriem tā nepieciešama, ir fascinējusi medicīnas sabiedrību. No citu cilvēku šūnām izgatavotu audu pārstādīšana izraisa imūnās atgrūšanas reakciju, kad organisms nepieņem pārstādītos audus, jo tie atšķiras no savām šūnām. Ķermenis kļūst iekaisis, kā dadzis sānos, un transplantācija neizdodas. Pat ja tas izdodas, jums var nākties lietot imūnsupresīvus medikamentus visu atlikušo mūžu. Par laimi imūno atgrūšanu var pārvarēt, izmantojot paša pacienta cilmes šūnas. Tas ir padarījis cilmes šūnas par svarīgu atslēgvārdu audu inženierijā.
Tomēr pieauguša cilvēka organismā ir ierobežots cilmes šūnu skaits un tās nevar atšķirties vienā orgānā. Tāpēc ir jāizmanto embrionālās cilmes šūnas, no kurām var izveidot jebkuru orgānu, taču tām ir tādas pašas problēmas kā pieaugušo cilmes šūnām. Svarīgākie šķēršļi ir ētiskais jautājums par to, vai embrijs tiek uzskatīts par augli, un piegādes jautājums par to, kur iegūt embrijus, ja olu skaits ir ierobežots. Šī problēma, kuru nevar atrisināt mūžīgi, ir traucējusi audu inženieriem veikt aktīvus pētījumus.
2006. gadā Shinya Yamanaka, Japānas Kioto universitātes profesore, atrada ideālu veidu, kā atrisināt šo problēmu. Viņa pētījumi parādīja, ka embriji sadaloties izslēdz četrus konkrētus gēnus, ierobežojot indivīda spējas, kas tiem nav vajadzīgas. Attīstības laikā apaugļotā olšūna tiek iestatīta tā, lai neviena šūna nevarētu diferencēties visās, izplatot savas spējas vairākos šūnu tipos un radot vispārinātu somatisko šūnu, kas pilnībā nespēj dalīties. Protams, to var izdarīt tikai apaugļotajā olšūnā esošā DNS. Dr. Jamanaka atgrieza četrus normālas somatiskās šūnas gēnus otrādi, atgriežot to sākotnējā stāvoklī kā embrija cilmes šūnai. Iegūtās šūnas sauc par inducētajām pluripotentajām cilmes šūnām (iPS Cells). Tā kā iPS šūnas izmanto bagātīgas somatiskās šūnas, tās var vienreiz un uz visiem laikiem atrisināt embriju cilmes šūnu ētiskās un piegādes problēmas.
Prof. Shinya Yamanaka par savu darbu 2012. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Sākotnēji viņš bija ortopēdijas ķirurgs. Tomēr viņš kļuva par pētnieku, kad saprata, ka pašreizējās medicīnas tehnoloģijas nespēj ārstēt tādas neārstējamas slimības kā iedzimtas sirdskaites. Viņa izstrādātā tehnoloģija pavēra audu inženierijas iespēju. Ētikas jautājumi, kas bijuši sociāli aktuāli, ir atrisināti, bet galvenais – eksperimentālo materiālu piegāde ir atrisināta. Ja mēs varam diferencēt cilmes šūnas vēlamajās šūnās, mēs varam izveidot personalizētas šūnu terapijas, lai ārstētu slimības, ko izraisa šūnu anomālijas, vai izstrādāt jaunas zāles, kas reaģē tikai uz šīm šūnām. Paredzams, ka pielāgota ārstēšana, izmantojot cilmes šūnas, ievadīs jaunu personalizētās medicīnas ēru. Diemžēl mēs nezinām, kā tos diferencēt šūnās, kuras mēs vēlamies, tāpēc mums ir jāveic daudz eksperimentu, lai to noskaidrotu, un tas prasa daudz cilmes šūnu.
Personalizētas šūnu terapijas var pārbaudīt, lai nodrošinātu drošību, un tās var radikāli ārstēt pacienta slimību. Piemēram, Parkinsona slimību izraisa dopamīna neironu nāve vidussmadzenēs. Pašreizējā narkotiku ārstēšana ir tikai īslaicīga, nevis ārstēšana. No otras puses, ja cilmes šūnas tiek diferencētas dopamīna neironos un pārstādītas, Parkinsona slimību var izārstēt. Bija nepieciešams daudz cilmes šūnu, lai nokļūtu līdz šai šūnu terapijai, kas pašlaik tiek pētīta ar pērtiķiem.
Cilmes šūnas var izmantot slimību izpētei un zāļu izstrādei. Līdz šim pētniekiem bija jāizmanto dzīvnieku šūnas, lai izstrādātu jaunas zāles, taču pēc piegādes problēmas atrisināšanas ar iPS šūnām viņi tagad var testēt tieši uz cilvēka šūnām. Ja eksperimentus veic ar dzīvnieku šūnām, panākumu iespējamība klīniskajā stadijā ir zema, tāpēc zāļu izstrāde ir bijusi laikietilpīga un dārga. Tomēr, ja jūs apgrieztā veidā diferencējat cilvēka šūnas ar slimību, varat izveidot cilmes šūnas ar to pašu slimību. Ja šīs šūnas tiek pārbaudītas, zāles ar terapeitisku iedarbību var pārbaudīt, un tām ir lielāka iespēja gūt panākumus klīniskajā stadijā.
Cilmes šūnu tehnoloģija arī paver jaunas iespējas reģeneratīvajā medicīnā, kas pārsniedz vienkāršu terapiju. Piemēram, tiek veikti pētījumi, lai atjaunotu bojātus muguras smadzeņu nervus vai atjaunotu deģeneratīvā artrīta bojātos skrimšļus. Šī pieeja reģeneratīvajai medicīnai varētu piedāvāt jaunu cerību daudziem pacientiem ar neārstējamām slimībām.
IPS šūnu ieviešana audu inženierijā ir atdzīvinājusi daudzas pētniecības jomas un pavērusi durvis audu inženierijai, kas ir lēni attīstījusies sociālo problēmu un cilmes šūnu trūkuma dēļ. Pētījumu rezultāti, izmantojot iPS šūnas, ir publicēti Nature svētajās lapās. Drīzumā no iPS šūnām tiks izveidotas šūnu terapijas, kas tiks personalizētas pacientam, un galu galā pacienti, kuriem nepieciešama sirds vai nieru transplantācija, varēs saņemt orgānus, kas neizraisīs imūnās atgrūšanas reakciju. Šie sasniegumi ir svarīgi soļi, lai īstenotu veselības aprūpes nākotni, par kuru mēs sapņojam.
