Метод за препрограмиране подмладява с 30 години клетките на кожата и запазва функциите им

Учени от института „Babraham“ разработиха метод за подмладяване на човешките клетки с 30 години, без да нарушават специфичната им функция.

Резултатите от изследването са публикувани на 7 април 2022 г. в списание „eLife“ и дават надежда, че, въпреки многото неизвестни, регенеративната медицина може да получи сериозен тласък.

Какво изучава регенеративната медицина

С напредването на възрастта отслабват функциите на нашите клетки и се увеличават признаците на стареене в човешкия геном. Основната задача на регенеративната медицина е да възстанови или замести увредените и старите клетки. Един от най-ефективните й инструменти е създаването на така наречените „индуцирани“ (изкуствени) стволови клетки. Процесът протича в няколко стъпки, като всяка от тях е свързана със заличаването на характеристики, които издават специализираната функция на клетките. Теоретично погледнато, този вид стволови клетки могат да се превърнат във всякакъв вид клетки, но учените все още не са успели да осигурят условията, при които те сменят своето предназначение.

Скок назад във времето

Новият метод за създаване на стволови клетки се базира на техника, спечелила Нобелова награда. Благодарение на него не се изтрива цялата информация в клетката и се запазва възможността за тяхното препрограмиране във времето. По този начин екипът успява да намери баланса между това да ги препрограмира и подмлади, без да отнеме специфичните им функции*.

Фактори на Яманака

През 2007 г. Шиная Яманака за първи трансформира нормални клетки с тясна функция в стволови, които от своя страна могат да се превърнат във всякакъв вид други клетки. Целият процес по препрограмиране отнема около 50 дни, като в него се използват четири ключови молекули, наречени фактори на Яманака. Подходът получава наименованието „преходно препрограмиране във фазата на узряване на клетката“. Клетките са изложени на влиянието на факторите на Яманака в продължение само на 13 дни. Толкова време е нужно, за да се заличат промените, свързани със стареенето. Временно клетките губят своята идентичност и функция. След частичното им препрограмиране те започват да растат при нормални условия, а учените следят дали възвръщат специфичната си функция като клетки на кожата. Геномният анализ потвърждава тяхното превръщане в кожни клетки (фибробласти), доказателство за което е способността им да произвеждат колаген след препрограмирането.

Възрастта не е просто число

За да се уверят в подмладяването на клетките, специалистите проверяват дали са настъпили промени, характерни за процеса на стареене. Д-р Дилжийт Джил пояснява: „Представата ни за стареенето на молекулно ниво претърпя сериозно развитие през последното десетилетие. Създадени бяха нови техники, с чиято помощ колегите могат да измерят биологичните промени в човешките клетки по време на стареене. Приложихме някои от тях и в нашия експеримент, за да изчислим степента на препрограмиране, която сме постигнали.“

Признаци на клетъчно стареене

Експертите по ренегеративна медицина анализират два признака на стареене на клетките. Първият е така нареченият епигенетичен часовник, чрез който химическите маркери в генома показват каква е тяхната възраст. Вторият се нарича транскриптом и обхваща всички генетични данни на клетката. След сравнение с референтните стойности от началото на експеримента става ясно, че клетките са 30 години по-млади.

За да бъде приложим методът е важно клетките не само да изглеждат млади, но и да функционират като такива. Фибробластите произвеждат колаген, молекула в състава на костите и сухожилията, която оформя структурата на тъканите и помага за заздравяването на раните.

Подмладените фибробласти произвеждат повече колаген в сравнение с контролните клетки, които не са били подложени на експеримента.

Друга интересна особеност на фибробластите е, че се придвижват към местата, където има увредени клетки.

Учените решават да проверят способността на частично подмладените клетки, като правят прорез в слой от клетки в лабораторни условия. Експерименталните фибробласти се насочват към мястото много по-бързо, отколкото старите клетки.

>>> Механизъм за подмладяване не позволява на клетките на миши ембриони да стареят

Какво предстои оттук нататък

Резултатите дават надежда, че за в бъдеще би било възможно да се създадат клетки, които да ускоряват процеса на зарастване на рани.
Експертите не изключват прилагането на иновативния метод и с други терапевтични цели – лечение на болести, свързани със стареенето, например. При гена APBA2, свързан с болестта на Алцхаймер, и гена MAF, свързан с катарактата (увреждане на лещата на окото), също се откриват признаци на подмладяване.

Механизмът на успешното преходно препрограмиране не е напълно разгадан засега. Тепърва предстои да се намерят отговори на някои въпроси. Учените изпитват опасения, че някои ключови зони от генома, които определят клетъчната идентичност и функции, може да не се повлияят от препрограмирането.

Д-р Дилжийт обобщава: „Успяхме да направим наистина важна крачка в посока клетъчното препрограмиране. Доказахме, че клетките могат да бъдат подмладени, без да губят функциите си, както и че процесът възстановява поне частично функциите на старите клетки. Не бива да подценяваме и факта, че някои гени, свързани със сериозни болести на стареенето, също се повлияха добре по време на научния експеримент.“

Проф. Улф Рейк, ръководител на изследователската епигенетична програма, споделя: „Работата на колегите разкрива нови хоризонти. След време може да открием гени, които се подмладяват, без да имат нужда от препрограмиране. Ако това се случи, забавянето на стареенето вече няма да изглежда мисия невъзможна.“ 

* Multi-omic rejuvenation of human cells by maturation phase transient reprogramming. eLife. 2022.