Odrodzone komórki macierzyste

[ Aby obejrzeć sześciominutowy film, w którym dwóch wybitnych badaczy i redaktor naczelny Technology Review dyskutuje o tym, jak i dlaczego badań nad embrionalnymi komórkami macierzystymi – ze spektakularnymi kolorowymi grafikami i obrazami – Kliknij tutaj . Uwaga: możesz wstrzymać wideo w dowolnym momencie. ]

Pod koniec 2003 roku naukowcy z Advanced Cell Technology, małego startupu biotechnologicznego w Worcester w stanie Massachusetts, myśleli, że zrobią coś niezwykłego. Starannie wygenerowali sklonowane ludzkie embriony z dorosłych komórek i starali się utrzymać je przy życiu wystarczająco długo, aby zebrać ich wewnętrzne masy komórkowe, cenne kulki komórek, z których powstają komórki macierzyste.

Była to jedna z najbardziej rozchwytywanych nagród w badaniach biomedycznych: sposób na hodowlę embrionalnych komórek macierzystych bezpośrednio, powiedzmy, z komórki skóry pobranej od konkretnego pacjenta. Był to również jeden z najbardziej spekulacyjnych projektów biomedycyny; w rzeczywistości naukowcy z Advanced Cell Technology (ACT) byli jedynym zespołem w Stanach Zjednoczonych, który aktywnie go realizował. Ale Robert Lanza (patrz Stem Cell Hope), który kierował grupą, twierdzi, że wierzy, iż jego zespół w ACT był na skraju sukcesu. Jeśli ma rację, a prace byłyby kontynuowane, firma prawie na pewno miałaby w swoich rękach klucz do nowego, rewolucyjnego zestawu narzędzi biomedycznych – i być może do nowych metod leczenia wielu różnych chorób.

Ale w lutym 2004 roku nadzieje naukowców ACT zostały rozwiane. Południowokoreański naukowiec zajmujący się komórkami macierzystymi Hwang Woo Suk z Seoul National University i jego koledzy ogłosili w czasopiśmie Nauka że stworzyli komórki macierzyste specyficzne dla pacjenta. Osiągnięcie przeskoczyło Hwang na sławę naukową. Jego kraj nazwał go swoim najwyższym naukowcem i uhonorował go znaczkiem pocztowym przedstawiającym sparaliżowanego mężczyznę, który może znowu chodzić. Pacjenci domagali się udziału w jego pracy. Hwang przyjął swoją rolę międzynarodowej gwiazdy komórek macierzystych, ogłaszając plany stworzenia czegoś zwanego Światowym Centrum Komórek Macierzystych, gdzie członkowie jego laboratorium będą klonować i hodować linie komórek macierzystych dla naukowców z całego świata.

To, co było strasznie ryzykowną dziedziną, w którą wielu naukowców nie chciało zapuszczać się, stało się teraz możliwością, mówi Evan Snyder, dyrektor Programu Komórek Macierzystych i Regeneracji w Burnham Institute for Medical Research w La Jolla w Kalifornii. Wielu amerykańskich badaczy, którzy nie byli w stanie lub nie chcieli sami rozpocząć prac nad klonowaniem, zaczęło planować współpracę z naukowcami koreańskimi. Wiedzieliśmy, że [klonowanie] zajmie dużo czasu i pieniędzy, a rząd koreański był gotów poświęcić tyle czasu na ten jeden problem, mówi Snyder. Kiedy wydawało się, że to się udało, wielu z nas powiedziało: Cóż, to ulga. Teraz możemy przeprowadzić prawdziwe eksperymenty naukowe.

Jednak Lanza i jego koledzy, którzy byli tak blisko klonowania komórek macierzystych, przyglądali się temu z przygnębieniem. To było krępujące, mówi Lanza. Ta niejasna grupa ogłosiła, że ​​to zrobili. ACT było już na niepewnym gruncie finansowym, ale osiągnięcia Hwanga sprawiły, że jej sytuacja stała się jeszcze bardziej niepewna. Firma nagle utraciła również dostawy ludzkich komórek jajowych – kluczowego składnika w badaniach nad klonowaniem – ponieważ kliniki, które prowadziły programy dawców, nie odczuwały już potrzeby uczestniczenia w badaniach, których główny cel został osiągnięty. W rezultacie naukowcy dosłownie musieli odłożyć swoją pracę na lód. Musieliśmy zamrozić wiele naszych komórek. Zakończył te badania i od tego czasu nie było żadnych aktywnych badań, mówi Lanza. Najwyraźniej nie było chwały – ani zysków – zajęcie drugiego miejsca.

Tylko że nic z tego nie było prawdą. Począwszy od maja 2004 r. zaczęły pojawiać się doniesienia, że ​​Hwang użył nieetycznych środków, aby uzyskać jaja do swoich badań nad klonowaniem i kłamał na ten temat. Do grudnia 2005 roku stało się jasne, że oszustwo ma znacznie szerszy zasięg. Wyglądało na to, że badania Hwanga nad klonowaniem ludzi były spektakularnym oszustwem: badacze z uniwersytetu Hwanga nie znaleźli dowodów na to, że jego zespół w ogóle stworzył sklonowane linie komórek macierzystych.

To było jak oglądanie wraku samochodu w zwolnionym tempie. Skala problemu była naprawdę przerażająca, mówi Snyder. Świat został zresetowany do stanu sprzed 2004 roku, jak wtedy, gdy Superman odwrócił świat do tyłu. Jeśli zajmowałeś się klonowaniem w 2004 roku, zacząłeś to robić ponownie. Jeśli siedziałeś na uboczu, znowu siedziałeś na uboczu.

Ale niektórzy badacze nie mogli cofnąć czasu. W ciągu kilku miesięcy od ogłoszenia Hwanga inwestorzy ACT stracili zainteresowanie produkcją komórek macierzystych specyficznych dla pacjenta, a naukowcy z firmy skupiali się teraz na opracowywaniu mniej ryzykownych terapii komórkami macierzystymi. Byliśmy postrzegani jako porażka, podczas gdy w rzeczywistości byliśmy najdalej do przodu – mówi Lanza, wiceprezes ds. rozwoju medycznego i naukowego w ACT. Straciliśmy rok pracy i zajęliśmy się innymi rzeczami.

Prawdziwa praca ucierpiała, ponieważ ten facet grał w jakąś grę, kontynuuje Lanza. Wiem, że będę krytykowany za to, że to powiedziałem, ale naprawdę wierzę, że mieliśmy protokół, który byłby powtarzalny i prosty, i mogliśmy już zacząć terapie.

Sześć miesięcy po tym, jak zaczęły się ujawniać szczegóły oszustwa, Lanza i grupy z Uniwersytetu Harvarda i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco przygotowują się do rozpoczęcia nowych programów klonowania komórek macierzystych z komórek dorosłych dawców – proces zwykle nazywany somatycznym -przeniesienie jądra komórkowego lub klonowanie terapeutyczne. Pomimo przeszkód technicznych i politycznych naukowcy są przekonani, że transfer jądra będzie miał ogromny wpływ na medycynę. Uważają, że w najbliższym czasie sklonowane komórki macierzyste można wykorzystać jako modele do badania chorób człowieka i testowania nowych leków z niespotykaną dotąd dokładnością; ostatecznie komórki macierzyste mogłyby być przeszczepiane bezpośrednio pacjentom w celu leczenia chorób zwyrodnieniowych.

Koreańskie oszustwo, choć wyraźnie druzgocące dla Lanzy, mogło nieumyślnie pobudzić pole. Epizod z Hwang był bardzo destrukcyjny, mówi Ronald Green, etyk z Dartmouth College. Ale twierdzenia Hwanga dały ludziom wgląd w to, co byłoby możliwe dzięki sklonowaniu komórek macierzystych, a konsekwencją było ponowne zainteresowanie klonowaniem terapeutycznym.

Naukowcy, którzy planowali współpracę z Hwang, spędzili miesiące poważnie myśląc o tym, co mogliby zrobić ze sklonowanymi komórkami macierzystymi, od stworzenia nowych narzędzi rzucających światło na choroby, które badali przez dziesięciolecia, po badanie nowych metod leczenia. Podekscytowanie, jakie wywołały te możliwości, wraz z nowym napływem gotówki ze źródeł państwowych i prywatnych, sprawiło, że wielu nie chciało dłużej czekać na uboczu. Snyder, neurolog dziecięcy i neonatolog, który chce opracować nowe metody leczenia dla swoich pacjentów, rozważa teraz rozpoczęcie własnego programu klonowania. Jest większa gotowość do wejścia w ten obszar i myślę, że to się utrzyma, mówi.

Wypłata choroby
W zamrażarce w La Jolla w Kalifornii znajduje się bank zamrożonych komórek skóry pobranych od pacjentów z rzadkim i wyniszczającym zaburzeniem genetycznym zwanym chorobą Lescha-Nyhana. Dzieci urodzone z tą chorobą mają błąd genetyczny, który powoduje, że wytwarzają zbyt dużo kwasu moczowego, który odkłada się w ich tkankach. Cierpią również na poważne problemy neurologiczne w mniej więcej tej samej części mózgu dotkniętej chorobą Parkinsona, co powoduje problemy motoryczne i poznawcze. Nikt nie rozumie, dlaczego defekt w tym genie prowadzi do defektu w mózgu, mówi Theodore Friedmann, pediatra i genetyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, który bada tę chorobę od prawie 40 lat.

Około dwa lata temu Friedmann, ekspert w dziedzinie terapii genowej, zaczął zastanawiać się, w jaki sposób komórki macierzyste mogą pomóc jego pacjentom. Embrionalne komórki macierzyste mają dwie cenne właściwości: w odpowiednich warunkach potrafią się regenerować – dzieląc się w celu stworzenia identycznych nowych komórek – oraz są pluripotencjalne, co oznacza, że ​​mogą rozwinąć się w niemal każdy rodzaj komórki w organizmie. Ta wspaniała giętkość urzeka naukowców takich jak Friedmann, którzy marzą o dniu, w którym będą mogli pobrać komórki macierzyste, nakłonić je, by stały się nowymi komórkami mózgu lub wątroby i przeszczepić je pacjentom z chorobą Parkinsona lub niewydolnością narządów.

Naukowcy wykazali już, że u zwierząt komórki macierzyste mogą pomóc między innymi w leczeniu chorób serca, urazów rdzenia kręgowego i anemii sierpowatej. Szczury z uszkodzonym rdzeniem kręgowym odzyskały pewną mobilność po wstrzyknięciu neuronalnych komórek prekursorowych wytworzonych z embrionalnych komórek macierzystych. Komórki macierzyste przeszczepione do tkanki serca szczura mogą pomóc leczyć uszkodzone mięśnie sercowe.

Ale zanim podobne terapie będą mogły zostać przetestowane na ludziach, naukowcy będą musieli rozwiązać problem odrzucenia immunologicznego. Przeszczepione komórki macierzyste, które obecnie pochodzą z wyrzuconych zarodków, różnią się genetycznie od ich biorców; podobnie jak nerki dawcy, niosą ze sobą ryzyko wywołania odpowiedzi immunologicznej. Oznacza to, że nawet najbardziej zaawansowane terapie są jeszcze lata od zastosowania klinicznego. Klonowanie terapeutyczne jest jednym ze sposobów, aby komórki macierzyste nadawały się do przeszczepu, ponieważ daje komórki, które dzielą DNA ich biorców.

Teoretycznie sklonowane komórki macierzyste mogłyby pomóc pacjentom Friedmanna; naukowcy mogli naprawić defekt genetyczny w komórkach przed ich implantacją. Perspektywa takiego rewolucyjnego traktowania jest tym, co najbardziej urzekło zarówno opinię publiczną, jak i media. Ale Friedmann i Snyder koncentrują się na aplikacji, która może mieć znacznie szersze implikacje – i jest bliżej. Zamiast używać komórek jako formy terapii, naukowcy planują wykorzystać je do badania choroby Lescha-Nyhana i testowania nowych terapii. Eksperci twierdzą, że ten rodzaj aplikacji może radykalnie poprawić naszą wiedzę na temat tego, jak każda choroba z elementem genetycznym rozwija się na poziomie komórkowym. Snyder mówi, że można stworzyć linię komórek macierzystych, które mają ALS lub chorobę Parkinsona, używając DNA pacjenta, który naprawdę ma objawy.

Naukowcy mogliby pobudzać komórki do przekształcenia się w komórki typu uszkodzone przez chorobę, takie jak neurony dopaminowe w chorobie Parkinsona, i badać zawiłe postępy choroby od najwcześniejszych pobudzeń do ostatecznego dzwonu śmierci komórkowej. Ponieważ komórki byłyby genetycznie identyczne z DNA pacjenta, przeszłyby wiele takich samych zmian molekularnych, które leżą u podstaw choroby pacjenta.

Ian Wilmut, brytyjski naukowiec, który pomógł sklonować owcę Dolly, ma nadzieję zamienić komórki macierzyste w naczyniu w neurony ruchowe, rodzaj komórek nerwowych zniszczonych w chorobie Lou Gehriga (znanej również jako stwardnienie zanikowe boczne lub ALS). Stworzenie linii komórek macierzystych z chorobą pozwoliłoby naukowcom zbadać, w jaki sposób te neurony chorują i umierają, oraz poszukiwać sposobów spowolnienia lub zatrzymania spirali choroby. Uważam, że modele chorób, takie jak te, które planujemy stworzyć, będą bardziej skuteczne w leczeniu chorób w perspektywie krótkoterminowej, a może i długoterminowej, niż klonowanie komórek macierzystych do przeszczepów tkanek, mówi Wilmut.

Jedną z głównych zalet sklonowanych komórek macierzystych jest to, że umożliwią naukowcom tworzenie dokładnych modeli choroby bez uprzedniego określania genetyki. W przypadku wielu sporadycznych chorób wiemy, że istnieje składnik genetyczny, ale nie jest jasne, co to jest ani jak przyczynia się do rozwoju choroby, mówi Larry Goldstein, neurobiolog z UCSD, który bada chorobę Alzheimera. Mamy wiele hipotez i myślę, że ta metodologia pozwoli nam je przetestować. A jeśli jeden jest poprawny, będziemy mieli kierunek, w którym należy iść na terapię.

Model komórek macierzystych choroby Alzheimera pozwoliłby również naukowcom zbadać, co robi choroba, zanim pojawią się objawy, i być może stworzyć testy wczesnej diagnostyki. Zanim pacjent z chorobą Alzheimera udaje się do lekarza z problemami poznawczymi, mózg jest znacznie – i prawdopodobnie nieodwracalnie – uszkodzony. Badanie mózgów ludzi, którzy już zginęli, jest jak badanie katastrofy lotniczej po tym, jak samolot uderzył w ziemię – patrzysz na wrak, mówi Goldstein. Chcemy przyjrzeć się czarnej skrzynce choroby Alzheimera. Co dzieje się w tych celach przed katastrofą?

Aby wyszukać wczesne oznaki choroby, naukowcy mogliby wygenerować komórki macierzyste przy użyciu DNA pacjenta z chorobą Alzheimera, a następnie pobudzić komórki do różnicowania się w neurony, monitorując je pod kątem produkcji określonych białek lub innych zmian molekularnych nieobserwowanych w neuronach pochodzących ze zdrowego embrionu komórki macierzyste. To samo podejście może działać w przypadku raka, który charakteryzuje się szeregiem szkodliwych zmian genetycznych. Chcemy wiedzieć, kiedy najwcześniej można wykryć różnice w komórkach chorobowych, mówi Renee A. Reijo Pera, współdyrektor programu biologii ludzkich zarodków i komórek macierzystych UCSF.

Sklonowane komórki macierzyste mogą również zapewnić znacznie skuteczniejszy sposób testowania leków. Bardzo często modele zwierzęce, które istnieją dla konkretnej choroby, tak naprawdę nie odtwarzają autentycznie tego, co dzieje się u człowieka, mówi Snyder. Korzystając z modeli opartych na komórkach macierzystych, naukowcy mogliby testować leki na różnych etapach choroby, szukając związków, które mogłyby zapobiec rozwojowi choroby u osoby, na przykład, na przykład Alzheimera, lub związków, które zatrzymują lub odwracają działanie postęp uszkodzeń u osób, które już chorują.

Snyder ma nadzieję stworzyć modele komórek macierzystych wielu różnych chorób neurodegeneracyjnych. Jego pierwszym krokiem, we współpracy z Friedmannem, będzie wykorzystanie zamrożonych komórek skóry znajdujących się w UCSD do stworzenia komórek macierzystych z chorobą Lescha-Nyhana. Snyder początkowo miał nadzieję, że Hwang nauczy go procesu klonowania. Ale teraz naukowcy planują samodzielnie rozpocząć projekt klonowania terapeutycznego i pracują nad uzyskaniem zgody organów regulacyjnych oraz funduszy państwowych lub prywatnych.

Etyczne jajka?
Aby wygenerować normalne linie komórek macierzystych, naukowcy zaczynają od zapłodnionego zarodka, zwykle wyrzucanego z kliniki zapłodnienia in vitro. Pobierają wyspecjalizowaną kulkę komórek, zwaną wewnętrzną masą komórkową, z zarodka, który ma zaledwie pięć do sześciu dni. Hodowane w naczyniu komórki rozwijają się w linię embrionalnych komórek macierzystych, które mogą, w zależności od warunków, regenerować się lub różnicować w wyspecjalizowane typy komórek, takie jak komórki serca, komórki wątroby lub komórki mózgu. Naukowcy muszą nieustannie tworzyć nowe linie komórek macierzystych, ponieważ istniejące linie mogą akumulować mutacje, przez co nie nadają się do terapii i wielu rodzajów badań.

Sklonowane komórki macierzyste są jednak jeszcze trudniejsze do wytworzenia niż zwykłe embrionalne komórki macierzyste. Naukowcy pobierają DNA ze zróżnicowanej komórki, takiej jak komórka skóry, i umieszczają ją w jajku, które zostało pozbawione własnego DNA. Jajo następnie zaczyna się dzielić, podobnie jak zwykły embrion. Jeśli przeżyje wystarczająco długo, jego wewnętrzną masę komórkową można zebrać i wykorzystać do hodowli komórek macierzystych. Naukowcy stworzyli komórki macierzyste ze sklonowanych mysich embrionów, ale nie powtórzyli tego wyczynu u ludzi. W przeciwieństwie do naturalnie zapłodnionych embrionów, sklonowane embriony są trudne do utrzymania przy życiu wystarczająco długo – prawie tydzień – aby można było zgromadzić ich wewnętrzne masy komórkowe.

Hwang twierdził, że robi to z niezwykłą skutecznością, używając niewielkiej liczby jaj. Ludzkie jaja są cennym zasobem, który jest bardzo trudny do zdobycia, więc oszczędne korzystanie z jaj ma kluczowe znaczenie dla praktycznego transferu jąder. Jednak późniejsze badania ujawniły, że Hwang i współpracownicy kłamali nie tylko na temat swoich wyników, ale także liczby jaj, których użyli w swoich eksperymentach. Według raportu Krajowego Komitetu Bioetyki Korei Południowej, Hwang użył 2221 jaj w swoich nieudanych eksperymentach, zamiast 427 jaj zgłoszonych w jego dwóch Nauka dokumenty tożsamości. Naukowcy nie mają obecnie pojęcia, ile jaj jest potrzebnych do pomyślnego sklonowania linii ludzkich komórek macierzystych.

Kiedy jądro dorosłej komórki jest umieszczane w jaju, pewne nieznane czynniki w jaju cofają jego zegar, przywracając go do stanu embrionalnego. To jak naciśnięcie klawisza ponownego formatowania na komputerze. Sformatujesz go, by stał się innym rodzajem komórki, mówi Snyder. Nie rozumiemy szlaków molekularnych, które to robią… O ile wiemy, jedyną rzeczą, która może to zrobić, jest jajo.

Według Kevina Eggana, biologa molekularnego i komórkowego z Harvardu, który stara się o zgodę swojego uniwersytetu na rozpoczęcie badań nad transferem jąder, nie jest jasne, ile potrzebujemy jajeczek ani ile kobiet wystąpi w celu oddania komórek jajowych. Eggan, który zasiada również w radzie etycznej Kalifornijskiego Instytutu Medycyny Regeneracyjnej (i był członkiem TR35 w 2005 r.), mówi, że większość ostatniego roku spędził na poznawaniu etycznych i medycznych problemów związanych z dawstwem komórek jajowych. Wielu naukowców twierdzi, że dostęp do jaj będzie decydował o sukcesie klonowania terapeutycznego. Mamy terapię, która mogłaby zrewolucjonizować medycynę, taką jak antybiotyki, ale mamy wąskie gardło, które ją usuwa, mówi Lanza.

Procedura dawstwa komórek jajowych jest niewygodna i potencjalnie bolesna oraz niesie ze sobą pewne ryzyko medyczne. Kobiety muszą przejść terapię hormonalną w celu stymulacji owulacji, sesje doradcze, aby zrozumieć związane z tym ryzyko oraz procedurę medyczną, w której do pochwy wprowadza się igłę w celu usunięcia jajeczek z jajnika. U niewielkiego odsetka dawców rozwija się zespół hiperstymulacji jajników, który w rzadkich przypadkach może powodować niewydolność nerek.

Nawet zagorzali zwolennicy nie zgadzają się co do najbardziej etycznych sposobów postępowania z dawstwem jaj. Niektórzy naukowcy w ogóle nie chcą używać ludzkich jaj. Uważamy, że niewłaściwe jest poddawanie kobiet ryzykownej i potencjalnie niebezpiecznej procedurze, gdy nie wiemy, jaka jest jej skuteczność, mówi Stephen Minger, naukowiec z King's College London, który planuje wystąpić o pozwolenie rządu brytyjskiego na klonowanie ludzkiego pnia. komórki wykorzystujące jaja zwierzęce. Ci, którzy chcą używać ludzkich komórek jajowych, nie zgadzają się co do tego, czy kobietom należy płacić za ich darowizny. Przeciwnicy obawiają się, że płatność może zachęcić niektóre kobiety do poddania się zabiegowi bez zrozumienia ryzyka. Ale inni uważają, że wynagrodzenie jest najbardziej etycznym podejściem. Kiedy ACT to zrobił, zapłaciliśmy dawcom jaj, mówi Green. Nadal uważam, że to najlepszy sposób, aby to zrobić. Jest uczciwy i otwarty, a najmniej prawdopodobne, że doprowadzi do uników.

Według Lanzy wszystkie kobiety, które ostatnio skontaktowały się z ACT w sprawie oddawania jajeczek, wycofały się z procesu, gdy dowiedziały się, ile czasu to wymagało. Lanza mówi, że nadal planuje kontynuować, gdy tylko zdobędzie nowe źródło jaj. Gdybym dopiero zaczynał, prawdopodobnie bym tego nie robił, mówi. Czasami spędzam więcej czasu przez telefon z prawnikami niż na nauce… Ale zainwestowaliśmy tyle czasu, energii i siebie, że chcemy, aby to się udało. Nadal uważam, że [transfer jądrowy] odgrywa bardzo ważną rolę w różnych chorobach.

Lanza podejrzewa, że ​​z powodu niedoboru komórek jajowych i nieznanej skuteczności procesu klonowania, terapeutyczne wykorzystanie sklonowanych komórek macierzystych będzie wyglądało bardziej jak przeszczep nerki niż jak przyjmowanie powszechnie przepisanego leku. Zdajemy sobie sprawę, że nie jest to lekarstwo, na które liczyliśmy, ale jestem przekonany, że uratuje niektóre osoby, mówi. Być może matka oddałaby rundę jajeczek, aby stworzyć komórki macierzyste dla swojego chorego dziecka.

Blokada federalna
Gdy amerykańscy naukowcy przygotowują się do nowego wyścigu w kierunku transferu jądrowego, napotykają wiele z tych samych przeszkód, które utknęły większość z nich w bloku startowym dwa lata temu. Hwang miał ogromne sumy pieniędzy od rządu koreańskiego, adorującą publiczność i olbrzymią, choć niezdrową etycznie, dostawę ludzkich jajeczek. Amerykańscy naukowcy zmagają się z intensywną kontrolą publiczną, administracją sprzeciwiającą się badaniom nad embrionalnymi komórkami macierzystymi i ciągłą walką o pozyskanie finansowania od prywatnych inwestorów.

W 2001 roku prezydent Bush ograniczył fundusze federalne na badania nad embrionalnymi komórkami macierzystymi do pracy z niewielką liczbą istniejących już linii komórkowych. Ta polityka wywarła katastrofalny efekt mrożący na boisku. Naukowcy, którzy chcą prowadzić badania nad nowo uzyskanymi liniami embrionalnych komórek macierzystych lub samodzielnie uzyskać nowe linie – co jest konieczne w transferze jądra – muszą znaleźć prywatne źródła finansowania.

Naukowcy i administratorzy uczelni stoją również przed trudnym zadaniem oddzielenia wszystkich badań finansowanych ze środków publicznych i prywatnych. Oznacza to, że wszyscy dźwigają 10-funtowe ciężary na nogi, mówi Greg Simon, prezes FasterCures, waszyngtońskiej grupy poparcia, której celem jest przyspieszenie rozwoju nowatorskich terapii. Spędzamy dużo straconego czasu na oddzielaniu pieniędzy rządowych od prywatnych, podczas gdy powinniśmy spędzać czas na badaniach.

Blokada federalna oznacza również, że National Institutes of Health, największy w kraju instytut badań biomedycznych, porzucił swoją standardową rolę regulacyjną, pozostawiając wielu naukowców pracujących w próżni. Narodowa Akademia Nauk próbowała nadrobić część tego luzu, publikując niewiążący zestaw wytycznych dotyczących badań nad komórkami macierzystymi w 2005 r. i tworząc na początku tego roku komitet nadzorujący badania nad komórkami macierzystymi.

Wiele rządów stanowych poczuło się zmuszonych do wkroczenia, zarówno regulując, jak i zapewniając finansowanie badań nad komórkami macierzystymi. Jak dotąd Kalifornia, Connecticut, Massachusetts i New Jersey uchwaliły prawa, które zezwalają na badania embrionalnych komórek macierzystych, w tym prace nad sklonowanymi embrionami. Arkansas, Indiana, Iowa, Michigan, Północna Dakota i Południowa Dakota zakazują badań na sklonowanych embrionach.

Ponadto Kalifornia, Connecticut i New Jersey przeznaczyły fundusze stanowe na wspieranie badań nad komórkami macierzystymi, które nie są finansowane przez rząd federalny. Inicjatywa kalifornijska, zdecydowanie największa, wynosząca 3 miliardy dolarów, na każdym kroku napotykała pułapki, pokazując trudności, jakie pojawiają się, gdy stany wchodzą w działalność finansującą badania. Kalifornijski Instytut Medycyny Regeneracyjnej, jednostka nadzorcza stworzona przez stanową Proposition 71, zmaga się z oskarżeniami o konflikt interesów wśród tych, którzy decydują o dystrybucji funduszy, oraz z kontrowersjami dotyczącymi tego, w jaki sposób stan będzie czerpał korzyści finansowe z badań nad komórkami macierzystymi – obietnica, która była częścią propozycji.

Prawie wszystkie badania nad embrionalnymi komórkami macierzystymi w Stanach Zjednoczonych napotykają przeszkody finansowe i zastrzeżenia etyczne, ale ponieważ transfer jądra jest najbardziej kontrowersyjnym tematem w tej dziedzinie – obejmuje nie tylko zniszczenie, ale także kreacja embrionów specjalnie do badań naukowych – naukowcy i uniwersytety planujące programy przenoszenia jądra są bardzo ostrożne. W centrum uwagi jest każdy, kto prowadzi tego rodzaju badania, mówi Lanza. Na przykład prawo stanu Massachusetts nakłada sankcje karne na osoby, które naruszają przepisy dotyczące pozyskiwania jaj i zarodków. Jeśli gdzieś się potkniemy, zostaniemy ukrzyżowani, mówi Lanza.

Inne kraje mają dużo bardziej sprzyjające środowisko dla badań nad embrionalnymi komórkami macierzystymi, co może dać im prowadzenie w nowym wyścigu do doskonałego transferu jądra. Na przykład w Wielkiej Brytanii badania nad komórkami macierzystymi są intensywniej regulowane, ale także znacznie bardziej otwarte. Naukowcy występują do władz centralnych o pozwolenie na prowadzenie badań na ludzkich embrionach. Streszczenia analizowanych propozycji badawczych – w tym dotyczących transferu jądrowego – są publikowane online do publicznej oceny wraz z wyjaśnieniem kryteriów zatwierdzenia. W Wielkiej Brytanii mamy ogromne wsparcie rządowe, od premiera w dół, mówi Minger, amerykański naukowiec, który wyemigrował do Wielkiej Brytanii. W USA istnieje piętno związane z komórkami macierzystymi, które tutaj nie jest prawdą.

Ta otwartość kontrastuje z sytuacją na Harvardzie, gdzie kilku naukowców wystąpiło o pozwolenie na prowadzenie badań nad transferem jąder ponad dwa lata temu. Zgodnie z prawem stanowym Massachusetts, badacze muszą uzyskać zgodę na swoje eksperymenty instytucjonalnych komisji rewizyjnych. Ale podczas gdy brytyjska procedura zatwierdzania jest w dużej mierze przejrzysta, ani urzędnicy Harvardu, ani naukowcy proponujący eksperymenty nie dyskutują z Przegląd technologii ich plany badawcze lub szczegóły procesu recenzowania do czasu jego zakończenia.

Po drugiej stronie Atlantyku wsparcie rządu pomogło dwóm brytyjskim grupom zająć czołową pozycję w badaniach nad klonowaniem terapeutycznym. Alison Murdoch, Miodrag Stojkovic i współpracownicy z University of Newcastle upon Tyne prawdopodobnie poczynili większe postępy w transferze jądrowym niż jacykolwiek inni badacze. Zespół Murdocha otrzymał pozwolenie od władz Wielkiej Brytanii na rozpoczęcie eksperymentów w sierpniu 2004 r. i ogłosił, że sklonował embrion we wczesnym stadium (nie wyizolował jeszcze komórek macierzystych) wkrótce po tym, jak Hwang opublikował wycofany artykuł zapowiadający skuteczną technologię klonowania. Na Uniwersytecie w Edynburgu Wilmut zamierza również przeprowadzić transfer jądrowy. Po skandalu z Hwang zawiesił swoje plany, ale teraz stara się o pozwolenie na rozpoczęcie nowego zestawu eksperymentów z wykorzystaniem jaj zwierzęcych, a nie ludzkich.

Przystań w Kalifornii
W laboratorium wysoko na wzgórzu z widokiem na zatokę San Francisco Renee Reijo Pera siedzi przy swoim biurku, wsłuchując się w odgłosy budowy. Przestrzeń obok jej laboratorium została całkowicie wypatroszona; drabiny i porozrzucane przedłużacze zastąpiły uporządkowane rzędy mikroskopów i zamrażarek. Po zakończeniu w sierpniu przestrzeń stanie się siedzibą nowego programu badań terapeutycznych klonowania UCSF. Będzie to w rzeczywistości replika obecnego laboratorium Reijo Pery, zaopatrzona w ten sam sprzęt, ale zakupiona za prywatne środki.

UCSF ma nadzieję, że nowy obiekt pomoże mu stać się liderem w klonowaniu terapeutycznym. Uniwersytet jako pierwszy w Stanach Zjednoczonych podjął próbę przeniesienia jądrowego, choć bezskutecznie, w latach 90. XX wieku. Teraz mamy nadzieję, że zaczniemy od nowa tam, gdzie te badania się skończyły, mówi Arnold Kriegstein, dyrektor uniwersyteckiego Instytutu Biologii Komórek Macierzystych i Tkanek.

Reijo Pera i jego współpracownicy rozpoczęli w kwietniu eksperymenty z klonowaniem w innym pozamiejscowym obiekcie, prawdopodobnie jako pierwsza amerykańska grupa, która próbowała przenieść ludzkie jądro jądrowe od czasu, gdy zespół Lanzy wstrzymał swoją pracę w 2004 roku. W laboratorium UCSF użyją nie do zapłodnienia jaj kliniki zapłodnienia in vitro, które są znacznie łatwiejsze do zdobycia niż ludzkie komórki jajowe dawcy. Kiedy zoptymalizują warunki eksperymentalne, zaczną wykorzystywać ludzkie jaja oddane specjalnie do badań.

Nowy program UCSF to tylko jeden z przejawów dążenia Kalifornii do stania się rajem dla klonowania terapeutycznego. 3 miliardy dolarów z funduszy państwowych na badania nad komórkami macierzystymi, które wyborcy zatwierdzili w 2004 roku, zostało wstrzymane w sporach prawnych; ale w międzyczasie agencja nadzoru emituje obligacje, aby zebrać pieniądze na programy komórek macierzystych. Wiele uniwersytetów, które mają nadzieję otrzymać część tych pieniędzy, twierdzi, że transfer jądrowy będzie główną częścią ich programów badawczych.

Dwa zespoły naukowców z Harvardu z imponującym dossier planują również rozpoczęcie eksperymentów z przeniesieniem jądra atomowego. George Daley ze Szpitala Dziecięcego w Bostonie chce stworzyć dopasowane do pacjenta komórki macierzyste do przeszczepów szpiku kostnego dla dzieci z chorobami krwi, takimi jak białaczka. Obecnie wiele z tych dzieci nie może znaleźć dawców, których szpik kostny jest wystarczająco dopasowany, aby nadawał się do przeszczepu. A czasami nawet dopasowane przeszczepy szpiku kostnego mogą wywołać ciężką reakcję immunologiczną. Eggan, ekspert w dziedzinie klonowania myszy, oraz Doug Melton, biolog molekularny i komórkowy z Harvardu, chcą wykorzystać klonowanie do stworzenia nowych modeli chorób neurodegeneracyjnych i cukrzycy. Naukowcy z Harvardu mają nadzieję, że w tym roku uzyskają ostateczną zgodę na swoje projekty.

Przeprogramowanie debaty
Tobias Brambrink siedzi w mikroskopie, wpatrując się w płytkę pokrytą milionami wyspecjalizowanych komórek skóry zwanych fibroblastami. Ma nadzieję znaleźć skupisko komórek, które świecą na zielono, a nawet lepiej, niektóre komórki, które mają zaokrąglony kształt komórek macierzystych, a nie wydłużony kształt fibroblastów. Brambrink, badacz podoktorancki w laboratorium Rudolfa Jaenischa w Whitehead Institute for Biomedical Research w Cambridge, MA, poszukuje przełączników genetycznych, które kontrolują przeprogramowanie – słabo rozumianą transformację, która zachodzi podczas klonowania, przywracając dorosłą komórkę do stanu embrionalnego.

Wszystkie komórki w organizmie mają te same geny, ale wzorzec aktywności genowej komórki określa, czy stanie się ona komórką macierzystą, czy komórką zróżnicowaną. Podczas przeprogramowania niektóre wciąż nieznane czynniki w jaju wyłączają geny, które tworzą komórkę, powiedzmy neuron, i włączają geny, które ulegają ekspresji w embrionach. Aby odkryć geny kontrolujące tę konwersję, Brambrink zaprojektował dorosłe komórki do ekspresji genów, które są selektywnie aktywowane w jajach. Jeśli konkretny gen wyrażany przez jedną z tych komórek ma kluczowe znaczenie dla procesu przeprogramowania, aktywuje geny, o których wiadomo, że biorą udział w późniejszych etapach tego procesu; te geny zostały oznaczone markerami, które sprawiają, że komórka świeci na zielono. W najlepszym przypadku gen aktywatora może sam wywołać przeprogramowanie, tworząc grudkę komórek macierzystych, w której niegdyś znajdowały się zróżnicowane fibroblasty.

Przeprogramowanie komórek w naczyniu byłoby ogromnym przełomem w dziedzinie klonowania terapeutycznego. Gdy naukowcy zrozumieją ten proces, mogą stworzyć nowe technologie przekształcania dorosłych komórek bezpośrednio w komórki macierzyste. Takie technologie wyeliminowałyby kontrowersje etyczne wokół embrionalnych komórek macierzystych, ponieważ nie wymagałyby tworzenia i niszczenia ludzkich embrionów. Wyeliminowałyby również zapotrzebowanie na ludzkie jaja, co mogłoby sprawić, że klonowanie terapeutyczne byłoby znacznie skuteczniejsze, a przez to szerzej użyteczne. Taki postęp może naprawdę zapoczątkować nową erę medycyny regeneracyjnej, w której dostosowany do potrzeb przeszczep komórek macierzystych jest dostępny dla każdego, kto tego potrzebuje.

Naukowcy już rzucili trochę światła na proces przeprogramowania. W artykule opublikowanym we wrześniu Rick Young, biolog z Whitehead, wraz z kolegami zidentyfikował zestaw genów, które są nieaktywne w niezróżnicowanych komórkach macierzystych. Naukowcy wysnuli teorię, że gdy te geny są włączone, wytwarzają czynniki transkrypcyjne, które pobudzają komórki do różnych ścieżek rozwojowych.

Naukowcy ostrzegają, że wyraźny obraz przeprogramowania – takiego, który umożliwiłby produkcję komórek macierzystych bez jaj – prawdopodobnie za kilkadziesiąt lat. Jednak ta mało znana do tej pory już pomaga naukowcom w opracowaniu nowych, mniej kontrowersyjnych technik tworzenia komórek macierzystych. Na przykład naukowcy szukają sposobów na stworzenie genetycznie zmienionych embrionów, które nie mają już potencjału do rozwoju w istoty ludzkie, eliminując w ten sposób niektóre kontrowersje etyczne związane z badaniami nad transferem jąder. Markus Grompe, dyrektor Oregon Stem Cell Center na Oregon Health and Science University w Portland, ma nadzieję stworzyć taką technologię, zmuszając komórki dawcy do ekspresji genów normalnie występujących tylko w embrionalnych komórkach macierzystych (patrz 10 Emerging Technologies: Nuclear Reprogramming, marzec/ kwiecień 2006).

W rzeczywistości transfer jądrowy może okazać się technologią przejściową. Ale nawet jeśli tak jest i pomimo wszystkich kontrowersji, może nadal być niezwykle ważne jako klucz do rozwoju nowszych technologii, które są w stanie ostatecznie uwolnić embrionalne komórki macierzyste z etycznych dylematów. Transfer jądrowy to jedyny sposób, w jaki możemy obecnie przeprogramować. To jest nasz model i nasza miara, aby dowiedzieć się, co jest ważne, mówi Jaenisch z Whitehead. Dodaje Snyder: Jeśli nie wiemy, jak przeprowadzić transfer jądrowy lub nie wolno nam tego zrobić, to ta potencjalnie technika rozwiązywania debaty staje się niemożliwa do zastosowania.

Lanza pracuje również nad nowymi technologiami przeprogramowania, aby obejść niedobór jaj. Ale podobnie jak Snyder obawia się, że zbytnie skupienie się na niepewnych alternatywach może zahamować postęp w klonowaniu terapeutycznym, o którym naukowcy wiedzą, że działa. Rozwińmy wszystkie te technologie i zobaczmy, co działa najlepiej – sugeruje. Dodaje, że miesiące i lata zmagania się z etycznymi i prawnymi problemami związanymi z badaniami nad komórkami macierzystymi, a nie nauką, wyczerpały go. Ale myśl o terapiach opartych na komórkach macierzystych popycha go do dalszej pracy. Często wracałem do domu i rozkładałem ręce. Ale potem mówię: Nie możemy tak łatwo zrezygnować.

Emily Singer jest redaktorem działu biotechnologii Technology Review.

Pasek boczny: pokonywanie odporności
Jedną z największych przeszkód w terapiach opartych na komórkach macierzystych jest możliwość odrzucenia immunologicznego, co może mieć miejsce w przypadku nerek dawcy. Dopasowane do pacjenta komórki macierzyste – pochodzące z komórek skóry od pacjenta – mogą stanowić sposób na obejście tego problemu. Ale ponieważ naukowcy doszli do wniosku, że klonowanie komórek macierzystych może być zbyt nieefektywne, aby można je było powszechnie stosować, zaczęli opracowywać inne sposoby przezwyciężenia odrzucenia immunologicznego.

Zamiast tworzyć linie komórek macierzystych dla każdego pacjenta, który ich potrzebuje, mówi Stephen Minger, naukowiec zajmujący się komórkami macierzystymi z King's College London, lepiej byłoby stworzyć 1000 linii komórek macierzystych reprezentujących najczęstsze profile odpornościowe w populacji. Nie znalazłbyś idealnego dopasowania dla wszystkich… ale byłbyś blisko i możesz potrzebować tylko łagodnej immunosupresji, mówi.

Naukowcy opracowują również sposoby wykorzystania komórek macierzystych do oszukiwania układu odpornościowego. Jeśli możesz znokautować [odpowiedź immunologiczną], możliwe jest, że komórki przemykają się pod radar, mówi Tim Kamp, naukowiec zajmujący się komórkami macierzystymi z University of Wisconsin-Madison. Wstępne badania sugerują, że przekształcenie komórek macierzystych w rodzaj komórki odpornościowej znanej jako komórka dendrytyczna może skłonić układ odpornościowy gospodarza do zaakceptowania innych, powiązanych komórek. Jeśli naukowcy stworzyliby zarówno komórki odpornościowe, jak i jakikolwiek rodzaj komórek potrzebny do terapii, z tych samych linii komórek macierzystych, mogliby być w stanie wstrzyknąć obydwa typy komórek pacjentowi bez odpowiedzi immunologicznej.

W niektórych przypadkach lekarze mogą nie martwić się odrzuceniem immunologicznym. Zaczynamy zdawać sobie sprawę, że komórki macierzyste mogą być lepiej tolerowane przez układ odpornościowy w niektórych obszarach ciała, niż się spodziewaliśmy, mówi Evan Snyder, neurolog z Burnham Institute w La Jolla w Kalifornii. Wydaje się, że embrionalne komórki macierzyste są tolerowane w mózgu, nawet bez immunosupresji.

Geron, kalifornijska firma biotechnologiczna opracowująca terapie zarodkowymi komórkami macierzystymi, wykorzystuje ten fakt do opracowania nowych metod leczenia urazów rdzenia kręgowego. Naukowcy zachęcili zranione szczury do ponownego chodzenia po wstrzyknięciu neuronalnych komórek prekursorowych pochodzących z embrionalnych komórek macierzystych; Geron ubiega się o pozwolenie na rozpoczęcie w przyszłym roku badań klinicznych na ludziach związanych z pokrewną procedurą.

ukryć