Gjenstarter cellenes program

En ny type programmerere forsøker å avsløre cellenes programkode. Nå har de endelig fått til en full restart av vårt sofistikerte lille maskineri, menneskecella.

Publisert
"Disse fettcellene kommer fra stamceller som har blitt differensiert på et laboratorium ved Universitetet i Oslo. Det røde er fettdråpene inni cellene. Fettstamcellene ble hentet fra fettsugingsmateriale, og kan differensieres til flere celletyper i kultur, for eksempel brusk, ben, eller nervelignende celler. (Foto: Philippe Collas)."
"Disse fettcellene kommer fra stamceller som har blitt differensiert på et laboratorium ved Universitetet i Oslo. Det røde er fettdråpene inni cellene. Fettstamcellene ble hentet fra fettsugingsmateriale, og kan differensieres til flere celletyper i kultur, for eksempel brusk, ben, eller nervelignende celler. (Foto: Philippe Collas)."

Forskere som jobber med stamceller er opptatt av programmering.

De har riktignok ikke skrevet kodene selv, men de vil gjerne finne ut hvordan de kan gi cellene beskjed om å oppføre seg på bestemte måter.

Oppskriften på deg

Hver eneste celle du har i kroppen inneholder programkoden som har laget hele deg, og det er ikke snakk om enkel software.

Arvestoffet, eller ditt DNA, har styrt utviklingen fra et embryo, en enkel liten celleklump med uspesialiserte celler, til kroppen din i dag - med et mylder av forskjellige og spesialiserte celletyper.

Nå har japanske og amerikanske forskere endelig fått menneskeceller til å gjenstarte - eller gå tilbake til en embryotilstand. Slike celler kan i teorien utvikle seg til alle kroppens celletyper.

Mens “rebooting” er en dagligdags affære i dataverdenen, er det snakk om et digert gjennombrudd på stamcellefeltet.

Unngår etiske problemer

Nyheten skapte bølger i forskningsmiljøet, først og fremst fordi resultatet åpner opp forskningsfeltet på en helt ny måte, og unngår vanskelige etiske problemstillinger.

For eksempel vil forskere kunne studere embryonale stamceller i land hvor det ikke er lov å forske på slike celler i dag.

Teknikken kan også gjøre det unødvendig å bruke befruktede eggceller til såkalt terapeutisk kloning i fremtiden.

Terapeutisk kloning betyr at et eggs opprinnelige arvestoff byttes ut med en pasients DNA, slik at man kan dyrke frem celler som ikke blir avvist av pasientens immunsystem.

Dyppes i stamcellemos

- Dette er virkelig et fremskritt, sier Philippe Collas, professor ved Institutt for medisinske basalfag ved Universitetet i Oslo.

Han har jobbet på feltet i mange år, og leder en forskningsgruppe på rundt 20 personer. Allerede i 2002 viste gruppen at det er mulig å ta hudceller fra mennesker og omprogrammere dem til å bli celler som ligner på immunceller.

I 2005 viste de at det er mulig å omprogrammere hudceller til celler som ligner på embryonale stamceller.

Arbeidene vakte oppsikt internasjonalt. Litt forunderlig er det at fremgangsmåten for å omprogrammere hudcellene faktisk høres mest ut som en matoppskrift.

- Først lager vi hull i cellemembranen. Så legger vi cellene i en stamcellemos i én time. Dette må stå i vannbad på 37 grader, og det er viktig å røre jevnlig, forklarer Collas.

"Philippe Collas leder en forskningsgruppe ved Universitetet i Oslo som jobber med reprogrammering av celler. (Foto: Kristin S. Grønli)."
"Philippe Collas leder en forskningsgruppe ved Universitetet i Oslo som jobber med reprogrammering av celler. (Foto: Kristin S. Grønli)."

- Denne mosen, eller ekstraktet, inneholder i prinsippet alle ingredienser for å lage stamceller, forteller han.

Snakk om miljøpåvirkning. Etter at timen er over, plukkes cellene ut igjen, forskerne tetter hullene i membranen, og så dyrkes cellene videre - det vil si, de deler seg til flere celler.

- Over tid forandrer de seg, og får et utseende som ligner på stamceller. De slår også på gener som er slått på i stamceller, og de lager proteiner som embryonale stamceller lager, forteller Collas.

- Vi ser også at de kan differensiere seg til flere andre celletyper. De kan bli til brusk, ben, fett eller noe som ligner nerveceller, sier han.

Har definert faktorer

Collas og kollegaene ble derfor ikke overrasket da de fikk høre om resultatene til Shinya Yamanaka fra Universitetet i Kyoto i Japan.

- Vi tenkte det ville være nok med en håndfull faktorer for å starte et helt annet differensieringsprogram i cellene.

"Shinya Yamanaka har skapt et lite jordskjelv i stamcelleforskningsmiljøet. Den japanske forskeren besøkte en stamcellekonferanse på Voss i 2006. (Foto: Kristin S. Grønli)."
"Shinya Yamanaka har skapt et lite jordskjelv i stamcelleforskningsmiljøet. Den japanske forskeren besøkte en stamcellekonferanse på Voss i 2006. (Foto: Kristin S. Grønli)."

- I motsetning til oss har de japanske forskerne klart å definere hvilke faktorer det er snakk om, sier Collas.

I fjor rapporterte Yamanaka at han hadde klart å gjennomføre en reprogrammering av museceller. Det gjorde han ved å sette inn fire spesifikke gener i celler hentet fra musehalen.

Dette var gener som kontrollerer aktiviteten til andre gener, og som vanligvis er avslått etter at embryonale celler har utviklet seg til mer spesialiserte celler. Forskerne brukte retrovirus til å transportere genene inn i cellene.

Yamanaka og kollegaene merket deretter reprogrammerte celler med selvlysende farge, og sprøytet dem inn i museembryo på tidlige stadium. Musene som vokste opp hadde reprogrammerte celler i kroppen, ved siden av cellene som stammet fra det opprinnelige embryoet.

Bankende celleklump

Yamanaka og kollegaene har nå brukt de samme fire genene til å reprogrammere hudceller hentet fra ansiktet til en kvinne på 36 år, og fra bindevev hentet fra en 69 år gammel mann.

De japanske forskerne viste også at de menneskelige reprogrammerte cellene kunne bli til nerveceller og hjerteceller. Etter at de fikk vokse i 10 dager, begynte små klumper med hjerteceller å slå i laboratoriet.

Resultatene får nå store konsekvenser for hele forskningsfeltet.

- Vi må tenke om igjen på vår strategi for omprogrammering av celler. Skal vi bruke ekstraktstrategien, eller skal vi gå over til Yamanakas strategi, funderer Collas på kontoret sitt i Oslo.

Erstatter ikke embryonale celler

Forsøkene med å reprogrammere celler hentet fra voksne celler og bruke mindre spesialiserte stamceller som finnes i voksne kropper, blir ofte stilt opp mot forskningen på stamceller hentet fra embryo.

Voksne stamceller brukes i dag i vanlig medisinsk behandling, for eksempel når beinmargceller overføres mot blodkreft.

Mennesker som stiller seg skeptiske til forskning på celler hentet fra embryo, hevder gjerne at det ikke er nødvendig å gjøre denne typen forskning, og at det er tilstrekkelig å bruke stamceller som finnes i kroppene til voksne mennesker.

Yamanka selv understreker at det fortsatt er de embryonale stamcellene som utgjør gullstandarden.

- Det er for tidlig å konkludere at dette kan erstatte embryonale stamceller, sier han.

Lang vei frem

Det er dessuten langt frem før reprogrammerte celler eventuelt kan benyttes i forbindelse med medisinsk behandling. I dag er det nemlig flere problemer knyttet til dem.

Ett av genene Yamanaka bruker til å reprogrammere celler, er et såkalt kreftgen. Cellene som blir reprogrammert inneholder også flere kopier av retroviruset som ble brukt til å transportere de fire genene inn. Dette kan føre til mutasjoner som også utgjør en kreftrisiko.

En av utfordringene fremover blir derfor å finne en metode for å reprogrammere celler ved å skru på gener, heller enn å sette inn nye kopier av dem.

"Norske forskere har omprogrammert epitelceller til flere forskjellige celletyper. Her ser vi noen som har blitt til nervelignende celler, noe som var umulig før omprogrammeringen fant sted. (Foto: Philippe Collas)."
"Norske forskere har omprogrammert epitelceller til flere forskjellige celletyper. Her ser vi noen som har blitt til nervelignende celler, noe som var umulig før omprogrammeringen fant sted. (Foto: Philippe Collas)."

Dessuten er det slik at embryonale stamceller i seg selv utgjør en kreftrisiko dersom de ikke har blitt skikkelig differensiert - det vil si at alle cellene har blitt den celletypen man trenger til å behandle kroppen med.

- Før det blir aktuelt å putte slike celler inn i mennesker, må man kunne garantere en 100 prosent differensiering av cellene. Hvis noen av cellene ikke er differensiert, kan de potensielt utvikle seg til kreft, forklarer Collas.

Det er et stort problem når det gjelder muligheten for fremtidig behandling med slike celler, enten de stammer fra embryonale stamceller eller fra reprogrammerte celler. Dette er en av årsakene til at mulige behandlingsformer ligger langt frem i tid.

Stamheten

Foreløpig har forskerne altså mer enn nok med å finne ut hva som egentlig gir “stamheten” i stamcellene.

- Vi studerer stamceller fra menneskefett og undersøker hvordan DNA-et er krøllet sammen inne i kjernen. Det er nemlig dette som regulerer hvilke gener som er av eller på, og hvilke gener som potensielt kan bli skrudd på, forklarer Collas.

- Reprogrammering av celler er nesten som å løse opp i en tett DNA-floke, sier han.

For Yamanaka er det neste skrittet å forstå hvordan de reprogrammerte cellene kan differensieres til andre typer celler.

Gjenstartede celler vil også bli nyttige som sykdomsmodeller. Forskere kan for eksempel hente celler fra en person med en bestemt sykdom, dyrke dem til forskjellige typer vev, og teste medisiner på dette istedenfor direkte på pasienten.

Referanse:

Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda og Shinya Yamanaka; Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors; Cell 131, 5, 30. november, 2007; DOI:10.1016/j.cell.2007.11.019.

Lenker:

Cell Press: Simple recipe turns human skin cells into embryonic stem cell-like cells
Forskningsgruppen til Philippe Collas: Collaslab