Nieuwe stamcellen kunnen 'universeel getransplanteerd' worden
Transplantaties zijn vaak een crisispunt, omdat er een wereldwijd tekort is aan gedoneerde organen, maar ook omdat er een groot risico bestaat dat het lichaam van de ontvanger het gedoneerde orgaan of getransplanteerd weefsel afstoot. Een nieuw type "universele" stamcellen zou een aantal van deze problemen kunnen oplossen.
Recente inspanningen van een team van de University of California (UC), San Francisco, hebben onderzoekers gericht op het genetisch manipuleren van pluripotente stamcellen die in staat zouden zijn om de immuunrespons van het lichaam te omzeilen en zo afstoting te voorkomen.
Om het probleem van het tekort aan gedoneerd weefsel te omzeilen, hebben wetenschappers tot dusver stamcellen gemaakt uit volwassen, volledig ontwikkelde cellen die ze verzamelen van dezelfde persoon die een transplantatie nodig heeft. Ze noemen deze "geïnduceerde pluripotente stamcellen" (iPSC's).
Met iPSC's hopen wetenschappers de kans te verkleinen dat het lichaam deze cellen afstoot - die zich later zullen specialiseren en in hun nieuwe rol stappen - aangezien het immuunsysteem van de ontvanger de neiging heeft om donorweefsel als een potentiële ziekteverwekker te 'labelen' en ertegen in te werken.
Maar zelfs deze route is beladen met vele obstakels en, verrassend genoeg, worden zelfs stamcellen die specialisten uit iemands eigen cellen hebben geconstrueerd, regelmatig met afwijzing geconfronteerd.
Bovendien zijn iPSC-processen moeilijk uit te voeren en is het nog moeilijker om succesvolle pogingen te reproduceren.
“Er zijn veel problemen met iPSC-technologie, maar de grootste hindernissen zijn kwaliteitscontrole en reproduceerbaarheid. We weten niet wat sommige cellen vatbaar maakt voor herprogrammering, maar de meeste wetenschappers zijn het erover eens dat het nog niet betrouwbaar kan worden gedaan '', merkt dr.Tobias Deuse op, hoofdauteur van het nieuwe studiepapier dat in het tijdschrift verschijnt. Nature Biotechnology.
"De meeste benaderingen van geïndividualiseerde iPSC-therapieën zijn hierdoor verlaten", benadrukt Dr. Deuse.
Nu denken wetenschappers van UC San Francisco voor het eerst dat ze een oplossing hebben gevonden door een andere benadering te kiezen die nieuwe, "universele" stamcellen creëert die pluripotent zijn. Dit betekent dat ze kunnen differentiëren in een bepaalde gespecialiseerde cel - en dat ze geen immuunrespons uit het lichaam van de ontvanger zullen opwekken.
Engineering van de perfecte stamcel
"Wetenschappers prijzen vaak het therapeutische potentieel van pluripotente stamcellen, die kunnen uitgroeien tot elk volwassen weefsel, maar het immuunsysteem is een grote belemmering geweest voor veilige en effectieve stamceltherapieën", legt Dr. Deuse uit.
Bovendien, zoals senior auteur dr. Sonja Schrepfer eraan toevoegt, hoewel "[w] e geneesmiddelen kunnen toedienen die de immuunactiviteit onderdrukken en afstoting minder waarschijnlijk maken, [...] maken deze immunosuppressiva patiënten vatbaarder voor infectie en kanker."
Om te proberen deze tekortkomingen te verhelpen, gebruikte het UC San Francisco-team een gen-bewerkingstechniek die ze CRISPR-Cas9 noemen, en ze veranderden de activiteit van slechts drie genen om de nieuwe stamcellen te 'afschermen' van het immuunsysteem. het lichaam om ze gemakkelijker te accepteren.
De onderzoekers testten deze nieuw gewijzigde stamcellen in muismodellen die ze ontwikkelden om de lichamen van ontvangers te simuleren met de neiging transplantaties af te wijzen - een eigenschap die ze "histocompatibiliteits-mismatch" noemen - en met volledig functionerende immuunsystemen.
"Dit is de eerste keer dat iemand cellen heeft ontwikkeld die universeel kunnen worden getransplanteerd en die kunnen overleven in immunocompetente ontvangers zonder een immuunrespons op te wekken", zegt Dr. Deuse.
Meer specifiek begon het team zijn stamcel-engineeringproces door twee genen te verwijderen die de activiteit regelen van een reeks eiwitten - major histocompatibility complex (MHC) klasse I en II - die signalen naar het immuunsysteem sturen en een immuunsysteem kunnen activeren. reactie.
Deze eerste stap was intuïtief: cellen zonder de genen die coderen voor MHC-eiwitten, kunnen niet het signaal uitzenden dat ze "labelt" als "vreemde agentia" voor het immuunsysteem.
Dergelijke cellen krijgen dan echter geen 'gratis pas'. Integendeel, ze worden het doelwit van een soort gespecialiseerde immuuncellen die wetenschappers natural killer (NK) -cellen noemen.
‘Een product dat universeel toepasbaar is’
Toen de onderzoekers manieren zochten om te voorkomen dat NK-cellen de stamcellen aanvallen, ontdekten ze dat een ander celoppervlak-eiwit - CD47 - dat normaal andere immuuncellen op afstand houdt, ook NK's kan remmen.
Laboratorium- en in vivo-werk bevestigden dat CD47 het antwoord had op het afstoten van NK-cellen. Aangemoedigd door deze successen, transplanteerde het onderzoeksteam vervolgens de nieuwe stamcellen - met twee gedempte en één verbeterde gen - in speciaal ontworpen muizen met elementen van het menselijke immuunsysteem om de immuunrespons bij mensen te simuleren. Deze transplantaties waren succesvol en de lichamen van de knaagdieren stoten de nieuwe cellen niet af.
Ten slotte ging het team nog een stap verder door de nieuwe pluripotente stamcellen over te halen zich te specialiseren als verschillende soorten hartcellen. Nogmaals, ze transplanteerden de resulterende cellen in muizen met een mensachtig immuunsysteem.
De onderzoekers melden dat deze experimenten ook zijn geslaagd, omdat de nieuwe hartcellen lang overleefden en zich vormden tot eenvoudige bloedvaten en hartspierweefsel.
Al deze bevindingen, zo stelt het team, suggereren dat artsen dergelijke stamcellen uiteindelijk zouden kunnen gebruiken bij de behandeling van mensen.
"Onze techniek lost het probleem van afstoting van stamcellen en stamcel-afgeleide weefsels op, en vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang op het gebied van stamceltherapie", benadrukt Dr. Deuse.
“Onze techniek kan een breder scala aan mensen ten goede komen met productiekosten die veel lager zijn dan welke geïndividualiseerde aanpak dan ook. We hoeven onze cellen maar één keer te produceren, en we houden een product over dat universeel toepasbaar is. "
Dr. Tobias Deuse
