Dragica Bošnjak, Znanost
Ko so znanstveniki odkrili matične celice v odraslih tkivih, so se odprle zanimive nove poti tudi za zdravljenje neplodnosti in ohranjanja reproduktivne sposobnosti pri rakavih boleznih, vse bolj obetaven pa je videti tudi razvoj regenerativne medicine. Velika pričakovanja pa izvirajo iz najnovejših odkritij, povezanih z zelo majhnimi, samo nekaj mikrometrov velikimi okroglimi celicami, podobnimi embrionalnim matičnim celicam v jajčnikih ali testisih.
Z raziskovanjem zelo majhnih celic, podobnih embrionalnim matičnim celicam v humanih jajčnikih, je skupina doc. dr. Irme Virant-Klun, klinične embriologinje na Kliničnem oddelku za reprodukcijo Ginekološke klinike, UKC Ljubljana, orala ledino na tem znanstvenem področju, ki nedvomno spada med najbolj vznemirljive izzive sodobne biomedicine.
Rezultati vašega pionirskega raziskovalnega dela na humanih jajčnikih so odmevali v svetu. Raziskovanje matičnih celic ste potem še razširili in se posvetili tako embrionalnim podobnim kot tudi drugim matičnim celicam v človekovih reproduktivnih organih, torej jajčnikih ali testisih. Kaj prinašajo dosedanje ugotovitve, kakšna nova vprašanja se odpirajo?
Naše raziskovalno delo smo intenzivno usmerili predvsem na tri področja. To so razvoj jajčnih celic iz matičnih celic jajčnika v laboratoriju, regenerativna medicina, ki vključuje raziskovanje diferenciacije matičnih celic iz jajčnika in testisa v različne tipe somatskih celic, tretjo smer pa predstavlja onkoginekologija, kjer si prizadevamo ugotoviti, katere vrste matičnih celic v določenih okoliščinah začnejo tvoriti tumorje.
Z oogenezo in vitro, torej potencialnim razvojem jajčnih celic v laboratoriju iz matičnih celic jajčnika imate že veliko izkušenj, povezanih tudi s postopki oploditve z biomedicinsko pomočjo. Kakšne so tu še težave in kako bi jih radi razrešili?
V našem primeru gre predvsem za ženske s prezgodnjo menopavzo, ki nimajo lastnih jajčnih celic ali foliklov. Pri teh ženskah smo prvič s sicer razmeroma preprostim postopkom s pomočjo endoskopske ginekološke kirurgije, s posebno ščetko laparoskopsko postrgali površino jajčnika in v vzorcu tkiva pridobili matične celice. Na tem področju sva največ sodelovala z ginekologom, doc. dr. Andrejem Voglerjem. Ugotovitve, do katerih smo prišli, so omajale do tedaj znano stališče o omejenem oziroma končnem številu zrelih jajčnih celic pri ženskah, kar naj bi se zgodilo z rojstvom in veljalo za vse življenje. Pokazalo se je, da morda jajčne celice nastajajo tudi pozneje iz matičnih celic v epiteliju jajčnika. Ko smo torej izolirali te matične celice, smo v laboratoriju vzgojili primitivne, to je zelo zgodnjim jajčnim celicam podobne celice, smo jih s pomočjo sodelavcev na Univerzi Heidelberg v Nemčiji in na Švedskem kompleksno analizirali, ter z različnimi metodami in postopki na posamičnih celicah dokazali, da izražajo gene, značilne za pluripotentne matične celice in gene, značilne za jajčne celice. Seveda je treba poudariti, da zaenkrat to še niso zrele, kompetentne jajčne celice. Tu bodo potrebne še nadaljnje raziskave.
Kako konkretno bi tako lahko pomagali ženskam s prezgodnjo menopavzo in pri nekaterih drugih vzrokih neplodnosti?
Raziskave potekajo v dveh smereh. Ena se bolj posveča maturaciji in vitro, to je dozorevanju omenjenih primitivnih jajčnih celic, pridobljenih iz površine jajčnika v laboratoriju, kjer bi jih, kot upamo, nekoč lahko uporabili v postopkih oploditve z biomedicinsko pomočjo. Druga smer, ki se zdi prav tako obetavna, pa raziskuje možnosti avtotransplantacije omenjenih celic. Raziskovanje temelji na predpostavki, da bi tako vzgojene primitivne jajčne celice znova presajene v jajčnike v njihovem naravnem okolju uspešno dozorele oziroma dobesedno prebudile speče, nefunkcionalne jajčnike pri ženskah s prezgodnjo menopavzo.
Kako daleč ste s temi raziskavami in kakšni bodo naslednji koraki?
V zadnjih nekaj letih smo se intenzivno ukvarjali predvsem z genetskimi analizami omenjenih celic, kjer bomo še nadaljevali z raziskovanjem različnih postopkov za dozorevanje v laboratoriju. Začelo pa se bo tudi delo na živalskih modelih, kjer bodo strokovnjaki skušali s transplantacijo teh celic obuditi nedelujoče jajčnike pri miški. Ko si bomo z omenjenimi in drugimi raziskavami pridobili dovolj izkušenj, upamo, da bomo lahko pomagali ženskam, ki zaradi prezgodnje menopavze, to je prenehanjem delovanja jajčnikov pred 40. letom starosti, nimajo več foliklov ali jajčnih celic, pa seveda tudi ostalim, ki zaradi različnih razlogov nimajo lastnih spolnih celic.
Bi potemtakem lahko na ta način nekoč pomagali pri neplodnosti zaradi agresivnega onkološkega zdravljenja v primerih, kjer ni bilo pravočasno poskrbljeno za shranjenje spolnih celic?
Metodologija bi bila uporabna tudi pri onkoloških bolnicah, dobrodošla pa predvsem tudi pri ženskah, ki gredo zaradi neplodnosti v postopke zunajtelesne oploditve, vendar pa se jim jajčniki zelo slabo odzivajo na hormonsko vzpodbujanje za pridobitev jajčnih celic.
Sicer pa je pri onkoloških bolnicah tako, da jajčne celice lahko shranjujemo pri tistih ženskah, kjer je sploh možno uporabiti hormonsko vzpodbujanje jajčnikov. Pri nekaterih bolnicah hormonsko vzpodbujanje jajčnikov zaradi same narave bolezni ni primerno. Tem se lahko odvzame majhen košček skorje jajčnika, ki se zamrzne in pozneje lahko znova presadi v organizem.
V svetu se je že rodilo nekaj deset otrok po metodi avtotransplantacije odmrznjenega tkiva jajčnika. Metoda je torej lahko uspešna, odprto pa je vprašanje, ali je tudi povsem varna. Zaenkrat ne poznamo metode, ki bi zagotovila, da na ta način, s koščkom odmrznjenega tkiva, ne vnesemo nazaj v telo tudi malignih celic ... Ko bo nekoč kot upamo, izpopolnjeno in preverjeno varno pridobivanje matičnih celic iz na primer postrganega jajčnika in ne bi bilo treba uporabiti ostalega koščka tkiva, bi se izognili tveganju za ponovitev bolezni zaradi presaditve morda tudi malignih celic.
Raziskovalno polje regenerativne medicine je izjemno obsežno in zdi se, da skoraj ni tkiva oziroma organa, ki ga v svetu in pri nas ne bi raziskovali. Vi ste se z vašo skupino ter v sodelovanju s tujimi strokovnjaki omejili na organe za reprodukcijo. Kaj vas predvsem zanima?
Za tovrstno raziskovanje je tudi na tem področju veliko razlogov in temu se že nekaj časa intenzivno posvečamo. Med drugim na to temo pripravlja doktorat sodelavec v našem laboratoriju biotehnolog Martin Štimpfel, ki trenutno dela na raziskovalnem projektu, ki ga imamo z Univerzo v Heidelbergu. Poglavitni del našega raziskovalnega dela se nanaša na majhne koščke tkiva, odvzetega s skorje jajčnika, ki se sicer pridobi in zavrže pri različnih ginekoloških operacijah. Pri tem sodelujem z ginekologom Brankom Cvjetičaninom in patologinjo Jasno Šinkovec.
Posebej zanimivi za raziskave so vzorci tkiva sicer zdravih jajčnikov, odstranjenih pri bolnicah, ki imajo v družinski anamnezi raka dojke oziroma imajo genetsko osnovo zanj, da bi preprečili razvoj te bolezni. Majhen vzorec tkiva jajčnikov je možno razgraditi s pomočjo encimov in pridobiti populacije različnih matičnih celic. V naših celičnih kulturah smo dokazali prisotnost mezenhimskih in pluripotentnih matičnih celic. Kot je sicer znano, so mezenhimske matične celice multipotentne matične celice, ki se lahko diferencirajo v celice kosti, hrustanca, mišic in maščevja, pluripotentne matične celice pa se lahko diferencirajo praktično v vse tipe somatskih celic.
V naših celičnih kulturah poskušamo matične celice iz odraslega jajčnika vzgojiti v različne tipe somatskih celic. Te matične celice nam je že uspelo diferencirati v osteogene celice, ki so osnova za nastanek kosti, potem v adipogene celice, iz katerih nastane maščobno tkivo, pridobili pa smo tudi nevronom podobne celice. Vse našteto je vidno že na pogled, njihove lastnosti pa dokazane z različnimi označevalci. Poleg tega smo s posebnim diferenciacijskim protokolom uspeli iz matičnih celic jajčnika pridobiti tudi pankreasnim podobne celice. Ko smo jih izpostavili sladkorju, so te celice v laboratorijski kulturi začele sproščati inzulin ...
Če prav sledim razlagi, to pomeni, da z raziskavami niste ugotovili le, da je možno matične celice iz odraslega jajčnika razviti v zgodnje jajčne celice, ki bodo morda nekoč primerne za zunajtelesno oploditev, temveč tudi, da predstavljajo še neizrabljen vir pridobivanja matičnih celic? Kaj bo sledilo naprej?
Tako je. Nadaljevali bomo z raziskavami za karakterizacijo teh celic, kjer smo že dokazali sposobnost razvoja v vse tri klične smeri, ektoderm, mezoderm in endoderm, kar vključuje že omenjene tkivne strukture.
Na zadnjem strokovnem srečanju o matičnih celicah v reproduktivni medicini so vzbudila veliko zanimanje novejša spoznanja o vlogi že omenjenih zelo majhnih celic, podobnih embrionalnim matičnim celicam v tkivih odraslega humanega jajčnika. Lahko na kratko pojasnite, za kaj gre pri tem?
Naj spomnim, da je ameriški strokovnjak prof. Mariusz Z. Ratajczak s svojo skupino prvi odkril v tkivih odraslega, in sicer najprej v kostnem mozgu, majhne okrogle celice s premerom tja do 4 mikrometre ter dokazal, da imajo značilnosti embrionalnih matičnih celic. Pomeni, da naj bi ostajale v odraslih tkivih človeka še iz embrionalnega obdobja življenja, kar je spet veliko presenečenje, saj je do tedaj veljala razlaga, da je mogoče embrionalne matične celice pridobiti samo iz zarodka ...
Nova razlaga, ki bi ji lahko pritrdili tudi na podlagi naših laboratorijskih raziskav na jajčnikih in testisih, pa pravi, da obstaja v telesu odraslega človeka še iz embrionalnega obdobja zaloga teh embrionalnih matičnih celic, ki naravno regenerirajo tkiva in organe, kar seveda predstavlja za raziskovalce številne nove izzive. Tudi za nas ... Odpirajo se novi pogledi in vprašanja o tem, kaj pravzaprav (ni)so embrionalne matične celice, kje v telesu so, kako jih izolirati, kakšna je njihova vloga, kako so genetsko zaklenjene, da iz njih ne nastanejo tumorji in kako vse to bolje razumeti ter jih morda uporabiti pri zdravljenju ...
In naposled na kratko omenimo še vaše raziskave, usmerjene v onkoginekologijo ...
Na tem področju so pomembne številne raziskave, a naj omenim predvsem tiste, povezane z rakom na jajčniku. Kot je znano, je ovarijski rak eden od najbolj agresivnih rakov in med njimi predvsem epitelijski, ki je tudi bolj trdovraten za zdravljenje z obsevanjem in s kemoterapijo. Zato so ob vseh drugih in ob novih spoznanjih z našega področja, zanimive tudi raziskave malignih jajčnikov z vidika matičnih celic. Sicer je znano splošno sprejeto stališče, da so matične celice v jajčniku ključne pri nastanku raka jajčnika, nihče pa ne ve natančno, katera populacija teh celic dejansko začne s preobrazbo v maligne celice in tvorbo tumorja.
Kot sem že omenila, se z raziskovanjem jajčnikov intenzivno ukvarjamo tudi v našem laboratoriju in tako smo ob neki priložnosti opazili, da se nek vzorec tkiva precej razlikuje od drugih. Že omenjene in jasno identificirane zelo majhne celice, podobne embrionalnim matičnim celicam, ki so prisotne v zdravem tkivu jajčnika, so v celični kulturi tega vzorca oblikovale strukture podobne tumorjem ... Nadaljnje histopatološke analize vzorca so pokazale, da je šlo za mejno maligno obliko raka na jajčniku, kar je bilo mogoče s celično kulturo ugotovili še pred histopatološko analizo ...
To je pomembna ugotovitev, ki potrjuje tezo, da imamo v našem telesu, pa tudi v jajčnikih neke vrste inertne, speče majhne okrogle celice, ki kot zaklenjene mirujejo, dokler se v določenih okoliščinah ne prebudijo in ob neugodnih pogojih tvorijo celo tumor ... Podrobnejše raziskave genske ekspresije z mikromrežami nam bodo pomagale ugotoviti, kateri skrivnostni ključ odpre ključavnico, ki na genetski ravni dovoli v jajčniku preobrazbo teh celic v maligne.