1. oldal
Jamanaka Sinja asztalánál üldögélt a Kiotói Egyetemen, amikor kollégája, Takahasi Kazutosi 2006 egyik tavaszi napján kiszaladt hozzá a laborból, és közölte: „Kolóniáink vannak.” Amikor a kutató mikroszkóp alatt megvizsgálta a kérdéses sejtkultúrát, abban valóban apró sejtcsoportokat látott. Az eredmény öt év munkáját koronázta meg, amelynek során a szakértők mindvégig bizonytalanok voltak, hogy valaha is sikerrel járhatnak-e.
Ami az említett sejtkultúrát illeti, Takahasi két héttel korábban felnőtt egerek bőréből vételezett sejteket, majd ezeket megfertőzte egy vírussal, amely 24 új gént juttatott be genomjukba. A sejtek ennek hatására átalakultak, és az embrionális őssejtekhez hasonlóan kezdtek viselkedni. Pluripotens őssejtekké váltak amelyekből kifejlődhet a szervezet bármely testi sejtje és az ivarsejtek is. Jamanaka döbbenten meredt a mikroszkópba, és arra a gondolt, hogy ez csak valami hiba lehet. Megkérte Takahasit, hogy ismételje meg a kísérletet, amit a kutató egymás után többször meg is tett, és a módszer minden esetben működőképesnek bizonyult.
A következő két hónap során Takahasi és Jamanaka négyre szűkítette le a sejtek fejlődési órájának „visszaállításához” szükséges géneket, majd 2006 júniusában Kanadában a Nemzetközi Őssejtkutató Társaság éves konferenciáján prezentálták eredményeiket. Az első előadások során még embrionális őssejtekhez hasonló sejtekként emlegették az általuk előállított sejteket, amelyek később az indukált pluripotens őssejt (iPS-sejt) nevet kapták. A japánok bejelentését meglepődéssel vegyes hitetlenséggel fogadta a szakma, a kísérletek közelebbi vizsgálata azonban rövidesen meggyőzte a többséget az eredmények valóságosságáról.
Az újfajta sejtek az orvostudomány forradalmasításával kecsegtettek. Annak lehetőségét villantották fel, hogy egy napon lehetséges lesz a beteg saját bőr- vagy vérsejtjeiből, májsejteket, neuronokat vagy bármi olyan sejtet növeszteni, amely az illető gyógyulásához szükséges. A személyre szabott terápiák révén megszűnhet a kilökődés veszélye, és értelmüket veszíthetik az embrionális szövetekből származó őssejtek felhasználása kapcsán folytatott parázs etikai viták is.
Tíz év elteltével a célok némiképp átalakultak, nem kis részben azért, mert az iPS-sejteken alapuló terápiák kidolgozása nehezebb diónak bizonyult a vártnál. Egyelőre csak egy klinikai teszt kezdődött meg ezekkel a sejtekkel, de egyetlen beteg kezelését követően 2015-ben ezt is leállították. Az őssejtek ezen fajtája azonban jelentős nyomot hagyott az orvostudományon, ha nem is egészen olyan módon, ahogy ezt kezdetben oly sokan várták.
A sejtek fontos eszközzé váltak az emberi betegségek modellezése és a lehetséges gyógymódok keresése során. Az iPS-sejteknek köszönhetően a laborokban korlátlan mennyiségű emberi szövet áll rendelkezésre a kutatók számára, ami korábban elképzelhetetlennek tűnt. Különösen hasznosnak bizonyultak a sejtek az embrionális fejlődés és az idegrendszeri kórképek kutatói számára, hiszen ezek esetében a kísérletezéshez szükséges a szövetek még a többinél is nehezebben hozzáférhetőek voltak, mivel csak embriók feláldozásával vagy a regenerálódásra gyakorlatilag képtelen idegszövet „megcsapolásával” lehetett hozzájutni a sejtekhez.
A még mindig nagyon fiatal tudományterületet persze nem kerülték el a nehézségek. Ahogy Jeanne Loring, a Scripps Kutatóintézet őssejtbiológusa mondja, a legnagyobb kihívást a minőség kontrollja jelenti. Még napjainkban is sorra jelennek meg olyan tanulmányok, amelyek tanúsága szerint egy-egy kutatócsoport lenyűgöző eredményeket ért el egy adott sejtvonallal, hogy aztán kiderüljön, eredményeiket senki sem tudja megismételni. Pedig az iPS-sejtekkel rengeteg ténylegesen igazolható „csoda” valósítható meg, amely további vizsgálatot igényelne, hogy a gyakorlatban is alkalmazható lehessen.
Hat héttel történelmi prezentációjukat követően Jamanaka és Takahasi közzétette azon gének nevét, amelyek révén a felnőtt testi sejtek őssejtekké programozhatók át. A következő év során két másik labor is megerősített eredményeiket, és mind a japánok, mind a független kutatócsoportok sikerrel finomítottak az átprogramozó módszeren. További hat hónappal később Jamanaka és James Thomson, a Wisconsin–Madison Egyetem kutatója sikerrel alkalmazta a metódust emberi sejteken is. A világ laborjaiban villámgyorsan elterjedt az új technika, és 2009 végére már közel 300 iPS-sejtekkel foglalkozó tanulmányt publikáltak.
2. oldal
Sok kutató arra koncentrált munkája során, hogy melyik felnőtt sejtek a legjobbak az átprogramozáshoz, és hogy ezekből milyen szöveti sejtek hozhatók létre. Mások a módszer finomítását tűzték ki célul, először újabb gént iktatva ki a „receptből”, majd kidolgozva annak módját, hogyan lehet az átprogramozást úgy elérni, hogy a bevitt gének ne örökítődjenek tovább, ezzel biztonságosabbá téve a jövőbeni őssejtterápiákat.
A kutatások harmadik nagyobb irányvonalát annak vizsgálata jelenti, hogy az indukált pluripotens őssejtek mennyire hasonlítanak az embrionális őssejtekre. Ezen vizsgálatok során egyre több különbségre derült fény a két eltérő eredetű sejttípus között. Kiderült például, hogy az iPS-sejtek megőrizhetik epigenetikai emlékeik egy részét, vagyis azt a kémiai mintázatot, amely az eredeti felnőtt sejt génkifejeződését szabályozta. Sokan ugyanakkor úgy érvelnek, hogy ez a látszólagos probléma valójában nem akadálya a sejtek terápiás felhasználásának.
2012-ben Jamanaka orvosi Nobel-díjat kapott munkája elismeréseként. Eddigre már az első emberi iPS-sejtes terápia is tervezés alatt állt. Takahasi Maszajo, a RIKEN szemorvos kutatója Jamanaka és társai felfedezése idején egy embrionális őssejteken alapuló gyógymódon dolgozott a retina bizonyos megbetegedéseinek gyógyítására. Amikor honfitársai publikálták az átprogramozási módszert, a szakértő gyorsan iPS-sejtekre váltott, és rövidesen együttműködésbe kezdett Jamanakával is.
2013-ban ez utóbbi kutatócsoport két időskori makuladegenerációban szenvedő beteg bőrsejtjeiből hozott létre retinális pigmenthámsejtekből álló rétegeket. Sajnos nem sokkal ezt követően robbant ki a STAP-sejtek, vagyis a fizikai stimulus hatására létrehozható pluripotens őssejtek körüli botrány. A RIKEN egy másik kutatócsoportjának tagjai 2014 januárjában ugyanis bejelentették, hogy savfürdős kezeléssel, illetve a sejtek fizikai összenyomásával is képesek voltak őssejtekké változtatni a felnőtt testi sejteket. Az eredményekről azóta kiderült, hogy ezek mögött nem állnak valós adatok, és a STAP-sejtek valószínűleg soha nem is léteztek. Az eset kapcsán többektől megvált az intézmény, és a történet tragikus fordulatot vett, amikor a kutatócsoport egyik tagja öngyilkosságot követett el.
Bár Takahasi Maszajonak semmi köze nem volt ez utóbbi kutatáshoz, a RIKEN hitelességét megrengető botrány nagyon megnehezítette a projekt előrehaladását. A csapat azonban kitartónak bizonyult, és 2014. szeptember 12-én beültették az első sejtrétegeket egy hetvenes éveiben járó beteg jobb szemébe. A terápia eredményeként a páciens élesebben kezdett látni, és állapota a továbbiakban nem súlyosbodott. Miközben azonban a kutatók a második beültetésre készültek, apró genetikai elváltozásokra lettek figyelmesek mindkét beteg iPS-sejtjeiben és az ezekből létrehozott hámsejtekben is. Bár semmi bizonyíték nem volt arra, hogy a két apró mutáció tumorok kialakulásához vezethet, Takahasi a biztonságot szem előtt tartva felfüggesztette a tesztet.
Ezen mutációk felfedezése a terület más kutatásait is lelassította, mondja Paul Knoepfler, a Kaliforniai Egyetem kutatója. Jelenleg mindenki inkább kivár, hogy megtudja, mi sül ki az azonosított elváltozásokból. Az iPS-sejtek terápiás használata kapcsán tapasztalt nehézségek ugyanakkor egyáltalán nem szokatlanok, hangsúlyozza David Brindley, az Oxford kutatója. Általában legalább 20 év kell ahhoz, hogy egy tudományos felfedezés embereken alkalmazható gyógymóddá váljon, és az indukált őssejtek még bőven belül vannak ezen a határon.
Bár az újabb klinikai tesztek egyelőre váratnak magukra, a laborok nem tétlenkednek a potenciális terápiák kidolgozásában. Az Astellas Regeneratív Orvosi Intézetben például mind a makuladegenerációra, mind a zöldhályogra több őssejtes gyógymód áll fejlesztés alatt, mondja Robert Lanza. Az ilyen terápiák kidolgozása során évekbe telik, mire sikerül rátalálni azon módszerekre, amelyekkel kellő mennyiség állítható elő a szükséges sejtekből, és akkor ezek bejuttatásáról még szó sem esett. Az iPS-sejtes terápiák kidolgozása és ezek működésének felderítése rendkívül összetett problémát jelent, így a projektek lassan és óvatosan haladnak.
Ha megvan a terápia, és az állatkísérletek során sem jelentkeznek aggodalmat keltő mellékhatások, még mindig hátravan a módszer emberi kipróbálásra való engedélyeztetése. Loring azt reméli, hogy két éven belül belekezdhet egy iPS-sejtes Parkinson-terápiába. Ehhez minden leendő tesztalany sejtjeiből kitenyésztett sejtvonal esetében bizonyítania kell majd, hogy azok biztonságosan beültethetők a betegekbe.
3. oldal
Ennek kapcsán érdemes megjegyezni, hogy az elmúlt 10 évben az is egyre világosabbá vált, hogy a kezdetben ünnepelt, személyre szabott, saját sejteken alapuló terápiák annyira drágák és macerásak, hogy nem biztos, hogy megérik a fáradságot. Jamanaka ma már úgy véli, hogy a jövőben a vérbankokhoz hasonló rendszerben, donorsejtekből származó, alaposan tanulmányozott sejtvonalakkal kezelik majd a betegeket, hiszen ezt sokkal egyszerűbb megvalósítani, mint minden egyes betegnél újrakezdeni a tenyésztést és a fejlődő sejtek vizsgálatát.
Bár a terápiák a kezdeti várakozásoknál lassabban haladnak, az őssejtek kutatása virágzik. Az iPS-sejtek előállítási módszerei évről évre olcsóbbá, hatékonyabbá és elegánsabbá válnak. Fontos ugyanakkor leszögezni, hogy a legtöbb átprogramozási metódus továbbra is meglehetősen alacsony hatásfokú, vagyis csak a sejtek egy kis százalékából lesz használható őssejt. Ráadásul nincs két egyforma sejtvonal, ami nagyon megnehezíti az eredmények kiértékelését.
Marc Tessier-Lavigne, a Rockefeller Egyetem kutatója akkor szembesült ezzel a problémával, amikor korai Alzheimer-kórban és demenciában szenvedők sejtjeiből készített iPS-sejteket, majd ezeket egészséges sejtvonalakkal próbálta összehasonlítani. A kontrollcsoport ebben az esetben használhatatlannak bizonyult, mivel a különböző alanyoktól származó sejtkolóniák az eltérő génállomány és a génkifejeződés különbségei miatt annyira eltérően viselkedtek, hogy nem volt világos, mi a betegség, és mi a természetes varianciák következménye.
Ezen segíthetnek a legújabb génszerkesztési eljárások – köztük a hamar nagyon népszerűvé vált CRISPR-Cas9 –, amelyek lehetővé teszik, hogy a betegséghez köthető génvariánsokat egészséges iPS-sejtekbe juttassák be. Így az eredeti és a beteggé tett sejtvonal a kutatók által létrehozott eltéréseket kivéve azonos lesz, és megfigyelhetővé válnak a betegségokozó gének által kiváltott problémák a kolóniákban. Ezek a szerkesztő módszerek is egyre precízebbé válnak, idén áprilisban például Tessier-Lavigne laborjában állítottak először elő olyan iPS-sejteket, amelyekben egy-egy génnek csak az egyik másolatán eszközöltek pontmutációt. Ilyen módon a kutatók a legkülönbözőbb Alzheimer-kórhoz köthető mutáció-kombinációkat tudták tesztelni.
Mivel az iPS-sejtek őssejtek, rajtuk nem minden esetben tanulmányozhatók az olyan betegségek, amelyek rendszerint idősebb korban alakulnak ki. Ezért a szakértők egy része olyan módszereket próbál kidolgozni, amelyek révén gyorsan öregíthetővé válnak a sejtek. Bár erre még nincs kész recept, mind környezeti stressz révén, mind specifikus fehérjék bejuttatásával biztató eredményeket értek el a kutatók.
Ugyanezen okból viszont kiválóan használhatók a sejtek az embrionális fejlődési problémák felderítésére. Ennek kapcsán a legfrissebb és legfontosabb eredmények a zika vírus hatásainak vizsgálatához köthetők. A szúnyogok által terjesztett kórokozóval kapcsolatban hamar felmerült, hogy az a terhes nőkbe bejutva idegrendszeri fejlődési rendellenességeket, főként mikrokefáliát, azaz kisfejűséget okozhat a magzatban. Ennek igazolásában kulcsszerepet kaptak az iPS-sejtek, amelyekből Guo-li Ming, a Johns Hopkins kutatója apró, agyszerű szerveket hozott létre. A vizsgálatok során kiderült, hogy a vírus előszeretettet támadja meg az idegi őssejteket, és így kevesebb neuron jön létre, csökkentve az idegsejtek végleges számát.
Az iPS-sejtek gyógyszertesztelésre is kiválóak. Egy 2012-es kutatás során például több mint 7000 kismolekulás hatóanyagot próbáltak ki egy bizonyos idegrendszeri betegségben szenvedő betegek sejtjeiből létrehozott idegi őssejteken, és végül is sikerült azonosítani egy molekulát, amely alkalmas lehet a probléma orvoslására. Egy hasonló léptékű vizsgálat az indukált őssejtek felfedezése előtt elképzelhetetlen lett volna, pláne ennyi idő alatt.
Egy évtized elteltével még rengeteg dolog van, amit nem tudnak a kutatók az iPS-sejtekről. A vizsgálatok napjainkban elsősorban arra fókuszálnak, hogy szisztematikusan azonosítsák a valamilyen problémára megoldást kínáló és egyúttal biztonságos sejtvonalakat. Már több olyan őssejtbank létezik a világon, amelyben ilyeneket tárolnak, igyekezve összegyűjteni minél több olyan változatot, amely immunológiai szempontból kompatibilis a népesség egyes részeivel. Ami pedig az eddigi egyetlen elkezdett klinikai tesztet illeti, Takahasi és csapata folyamatosan monitorozza a mutáción átesett sejtek viselkedését, és azt remélik, hogy rövidesen folytathatják a kísérleteket.
A jövővel kapcsolatban Jamanaka szerint a legnagyobb kihívásokkal nem a laborokban kell majd megküzdeni. Ahhoz, hogy a kész és készülő terápiák eljussanak az emberi kipróbálásig, komoly támogatásra lesz szükség mind a gyógyszercégek, mind a helyi szabályozó szervek részéről. A szakértőknek pedig közben türelmesnek kell lenniük, és újabb és újabb tesztekkel igazolniuk, hogy módszerük működik és biztonságos, hogy meggyőzzék az engedélyeztetés kulcsszereplőit. „Szó sincs varázslatról, az iPS-sejtek – ahogy minden új technológia – elterjedéséhez hosszú időre lesz szükség” – mondja a kutató.
