Forskere rapporterte nylig om en tilsynelatende superenkel metode for å lage stamceller: 30 minutter pH-sjokk er det som skal til. Funnet er løfterikt, men foreløpig har ingen andre laboratorier lyktes med metoden.
Av Rune Kjeken i tidsskriftet GENialt
Oppdagelsen av den nye metoden for å lage stamceller kan åpne opp for enkel og raskere bruk av persontilpassede stamceller til medisinsk behandling. Dessuten utfordrer den dagens forståelse av hvordan reparasjon foregår i kroppen.
Celler med store muligheter
Stamceller er fra før et livlig forskningsfelt. I 2012 delte japaneren Shinya Yamanaka Nobelprisen i medisin for oppdagelsen av hvordan man kan omdanne ferdig differensierte kroppsceller til såkalte pluripotente stamceller. Slike celler har den unike egenskapen at de kan gi opphav til alle kroppens ulike celletyper. Normalt finnes pluripotente stamceller bare veldig tidlig under fosterutviklingen (på blastocyststadiet, rundt fem dager etter befruktning).
Ved å introdusere fire bestemte gener klarte man å omdanne hudceller til pluripotente stamceller. Dette ble gjort først med hudceller fra mus i 2006 og året etter med hudceller fra menneske. Oppdagelsen av slike induserte pluripotente stamceller (iPSC-er) åpnet muligheten for at man nå kan produsere stamceller for medisinsk behandling ved å hente celler fra pasienten selv. Dermed omgår en både problemer med avstøtning av fremmed vev og etiske dilemmaer knyttet til bruk av befruktede egg. Det første kliniske forsøket der iPSC-er skal brukes på mennesker, er planlagt i Kobe i Japan i løpet av 2014. Ved å dyrke iPSC-er under bestemte betingelser har man klart å få dem til å danne spesialiserte netthinneceller. Disse skal så injiseres i øyet på seks pasienter i et forsøk på å kurere en type blindhet.
En enklere metode: STAP
Nå har et amerikansk-japansk forskningssamarbeid ledet av Charles Vacanti ved Harvard Medical School og Haruku Obokata ved RIKEN senter for utviklingsbiologi i Kobe resultert i en enda enklere metode for å lage stamceller fra ferdig differensierte celler. Man har lenge visst at ulike former for påvirkning kan omprogrammere celler i blant annet fisk, amfibier og krypdyr. For eksempel kan salamandere danne nye lemmer ved skade, og hos enkelte typer fisk så vel som hos krokodiller kan kjønn bestemmes av temperatur. Inspirert av disse fenomenene bestemte Obokata og medarbeiderne seg for å teste ulike former for stress på museceller. De fleste typer stress, inkludert endring i temperatur, hadde enten ingen effekt eller tok livet av cellene. Men til sin forbauselse fant man at et enkelt sjokk i form av lav pH (pH 5,7, altså et surt miljø) eller mekanisk stress ved at cellene skvises gjennom et trangt rør kan «tilbakestille» ulike kroppsceller til pluripotente stamceller. Metoden, som er beskrevet i to artikler i tidsskriftet Nature, kalles STAP (stimulus triggered acquisition of pluripotency), og er både enklere, raskere og mer effektiv enn iPSC-metoden. Mens iPSC-metoden gjerne tar mer enn fire uker og har en suksessrate på rundt én prosent, tar STAP-metoden noen få dager og omdanner rundt åtte prosent av cellene til stamceller. Foreløpig er det bare publisert data der metoden er brukt på celler fra nyfødte mus, men ifølge upubliserte data omtalt i flere nyhetsmedier skal metoden også virke på celler fra voksne aper. Dermed er det sannsynlig at en også vil lykkes med å lage humane stamceller på samme måte.
Ctr+Alt+Del også i kroppen?
At ferdig utviklete celler enkelt kan tilbakestilles ved kjemisk eller mekanisk stress, har fått forskere til å lure på om prosessen også kan skje i kroppen som en del av naturlige reparasjonsmekanismer ved skade. Hittil har en trodd at all fornyelse av kroppens celler skjer ved at et lite antall strategisk plasserte stamceller deler seg og danner nye celler, for eksempel hud eller muskelceller. Men kanskje kan alle celler «tilbakestilles» til stamceller for så å dele seg og danne ulike celletyper som behøves for å bygge opp skadet vev?
Gammelt nytt?
Vevs-spesifikke stamceller som kan gi opphav til et begrenset repertoar av ulike celletyper, har vi kjent til i lang tid. Et eksempel på slike er stamceller i beinmarg som danner alle typer blodceller. Men for noen år siden skapte flere forskningsgrupper i Belgia, Japan og USA kontroverser da de hevdet å ha funnet stamceller i kroppsvev med mye større potensial. Isoleringen av disse cellene skjedde ved at kroppsceller ble utsatt for stress, og det var de mest stress-tolerante cellene som viste størst potensial. Det vil si at de kunne danne svært mange typer av spesialiserte celler. Resultatene er blitt møtt med skepsis av andre forskere, som ikke tror at pluripotente stamceller finnes i ferdig utviklede organer. Kan forklaringen være at disse forskerne ikke isolerte eksisterende stamceller, men tvert imot skapte dem ved stress? Oppdagelsen av STAP-metoden kan tyde på det.
Perfekt kloning av mennesker?
En svært overraskende egenskap ved STAP-celler er at de tilsynelatende ikke bare er pluripotente, det vil si at de kan danne alle celletyper i kroppen; de er totipotente, noe som betyr at de også kan danne de cellene som gir opphav til fosterets del av morkaken (se figur). Dette betyr at STAP-celler som implanteres i en livmor, teoretisk kan gi opphav til et nytt individ som genetisk er fullstendig identisk med individet cellene ble tatt fra (dette kan ikke gjøres ved å implantere pluripotente stamceller i en livmor). Hittil har kloning blitt gjort ved å overføre en cellekjerne fra en kroppscelle til en eggcelle som fra før mangler cellekjernen (se figur). Men siden donoregget inneholder mitokondrier, som har sitt eget DNA som videreføres i barnets mitokondrier, er det her ikke snakk om en «perfekt» kopi. STAP-celler åpner for kloning uten at det behøves noe egg i det hele tatt. Forskerne bak prosjektet understreker imidlertid at målet ikke er å klone mennesker, men å ta kontroll over STAP-cellene for å få dem til å danne ulike typer vev som kan brukes i forskning og behandling.
Mange bruksområder (og noen begrensninger)
Enklere og raskere metoder for å lage kroppsegne stamceller åpner opp for mange nye muligheter.
– Med utgangspunkt i pluripotente stamceller har vi i dag kunnskap nok til å lage mange ulike celletyper i laboratoriet, sier professor Joel Glover, som leder Nasjonalt senter for stamcelleforskning.
En kan for eksempel tenke seg å lage spesialiserte celler fra stamceller for på forhånd å teste hvordan hver enkelt pasient reagerer på ulike typer medisin – et viktig skritt mot individtilpasset behandling. Man jobber også med å bruke stamceller som utgangspunkt for å lage nytt vev eller organer i laboratoriet, som senere kan transplanteres inn i pasienten. Her er det stor aktivitet internasjonalt, men også i Norge.
En kan også tenke seg å implantere stamceller direkte inn i pasienten slik at de kan erstatte syke eller tapte celler, men dette kan by på helt spesielle utfordringer. Beinmargstransplantasjon, som egentlig er en form for stamcellebehandling, har riktignok blitt utført i flere tiår. Men det er langt mer komplisert for eksempel å implantere stamceller i pasienter med en skade på hjernen, slik at stamcellene danner nerveceller som kobler seg riktig sammen med andre nerveceller og gir normal funksjon.
STAP ikke fullt så enkelt allikevel?
Siden Obokata og medarbeidere publiserte sine resultater i slutten av januar, har flere forskere forsøkt å duplisere resultatene. Så langt har ingen lyktes. Videre har det blitt påpekt uregelmessigheter i enkelte figurer i en av artiklene. Blant annet har det vist seg at to bilder som skal vise placentaer (morkaker) i ulike eksperimenter, i virkeligheten er to bilder tatt av samme placenta. Obokatas arbeidsgiver, RIKEN senter for utviklingsbiologi i Kobe, har satt i gang undersøkelser omkring påståtte uregelmessigheter i hennes arbeid.
Dette er en utvidet versjon av en kortere omtale som ble publisert 4. februar 2014.
Referanser:
Haruko Obokata m.fl.: Stimulus-triggered fate conversion of somatic cells into pluripotency. Nature, 30. januar 2014.
Haruko Obokata m.fl.: Bidirectional developmental potential in reprogrammed cells with acquired pluripotency. Nature, 30. januar 2014.
David Cyranoski: Acid-bath stem-cell study under investigation. Nature, 17. februar 2014
