[Sarkadi Balázs]
[Emberi javítókészlet? – Őssejtek a kutatásban és a gyógyításban]
I. Az őssejtek típusai, forrásai
Az őssejtek az egyedfejlődés korai szakaszában megjelenő, de a felnőtt szervezetben is folyamatosan jelenlévő, korlátlan számú osztódásra és önmegújulásra képes, nem specializálódott sejtek.
- |1|
A fogantatáskor a magzatkezdemény még „mindenre képes” (totipotens) sejtekből áll. Az embrióban a sejtek már specializálódnak: idegsejtekké, izomsejtekké, bőrsejtekké stb. alakulnak, mivel ez a feltétele a szövetek, szervek és testformák létrejöttének.
- |2|
Totipotens őssejtnek nevezzük a valamennyi (embrionális és extraembrionális) szövet és szerv létrehozására képes sejteket. Így az emberben totipotens őssejt a megtermékenyített petesejt, valamint az első néhány osztódásban keletkezett őssejtek.
Pluripotensnek nevezzük azokat az őssejteket, amelyek extraembrionális szövet (pl. a méhlepény) létrehozására már nem képesek, de mindhárom csíralemez sejtjeit létrehozhatják, és ivarsejtek képzésére is alkalmasak. Ilyen őssejtek nyerhetők a korai (blasztociszta, azaz hólyagcsíra állapotú) embrióból, ezeket embrionális őssejteknek nevezzük. Csak néhány éve tudjuk, hogy pluripotens őssejtek létrehozhatók már érett szöveti sejtekből is, ezek az indukált pluripotens őssejtek (iPS-sejtek).
Multipotens-nek nevezi a szakirodalom azokat az őssejteket, amelyek már részlegesen elköteleződtek valamilyen szöveti differenciálódás irányába, és nem képesek ivarsejtek létrehozására. Ezekből még számos sejttípus kialakulhat, és nehezen elkülöníthetőek az ún. progenitor (elődsejt) formáktól, amelyek már csak a szöveti sejttípusok néhány vagy egyetlen formáját képesek létrehozni.
- |3|
A növények vagy alacsonyabb szervezettségi szintű állatok példájából jól ismerjük, hogy az élőlények teljes szervezete, vagy akár sérült testrészei is teljes mértékben pótlódhatnak, helyreállítódhatnak. Erre alapozódik a növények vegetatív, pl. bujtással történő szaporítása, de közismert, hogy a félbevágott giliszta mindkét feléből újra felépülhet a teljes állat, a gyíkok vagy gőték farka vagy egész végtagja újra “kinőhet”.
- |4|
Ma már jól ismert, hogy a folyamatosan jelenlévő szöveti őssejtek a test javító mechanizmusaként szolgálnak, a specializált sejteket folyamatosan újraképzik, így részt vesznek a megújuló szervek, mint pl. a vér, a bőr, a tüdő vagy az emésztőrendszer szöveteinek képzésében. Így természetesnek vesszük, hogy a testünkön, főleg a bőrünkön keletkezett sérülések vagy a csonttörések begyógyulnak, a vérünk újraképződik, súlyos betegségek után is helyreáll a májunkat vagy bélrendszerünket alkotó sejtek többsége, de akár a sérült érszakaszok is.
- |5|
Ugyanakkor számos szövetünk vagy szervünk csak igen kevéssé képes újjáképződni - ilyenek a szívizomsejtek, de főleg az idegsejtek, így az ezeket ért sérülésekkel szemben meglehetősen védtelenek vagyunk.
- |6|
- |7|
II. Szöveti (szomatikus) őssejtek a kutatásban és a gyógyításban
Az embrionális fejlődés során három sejtréteg alakul ki: a külső ektoderma sejtjei a bőrt és az idegrendszert hozzák létre; a középső sejtrétegből (mezoderma) képződik a csontrendszer, az izmok és a vérképző rendszer; a belső (endoderma) sejtrétegből az emésztő (gasztrointesztinális) rendszer és a tüdőszövetek többsége alakul ki. A sorozatos osztódás során az őssejtek elveszítik azt a tulajdonságukat, hogy akár egy egész szervezet kifejlődhessen belőlük, differenciálódásuk során különböző funkciójú sejtekké válnak.
A szöveti őssejtek a csíralemezek szétválásakor jelennek meg, és egész életünk folyamán megtalálhatóak a szervezetünkben. Belőlük pótlódnak a gyorsan regenerálódó szövetek (vér, bőr, bélhám) sejtjei, de kisebb mennyiségben minden szervünkben megtalálhatóak a szövetnek megfelelő őssejttípusok, amelyek korlátozott mennyiségben képesek az adott szervet regenerálni.
Az emberi test szöveti őssejtjei
A szervezetünkben igazából nagyon kevés szöveti őssejt van. A csontvelőben minden százezer magvas sejtből csak egy igazából vérképző (hematopoetikus) őssejt. Az ideg- és izomszövetben még megbecsülni sem tudjuk az idegi (neuronális) és izomképző (miogén) őssejtek előfordulásának az arányát, részben mert olyan kevés van belőlük, részben mert nagyon nehezen felismerhetők. Csak kevés őssejt az, amely morfológiailag megkülönböztethető a környezetétől.
Egy-egy szöveti őssejtnek élete során nagyon sokféle „döntést” kell hoznia a szervezetben. Az első és legfontosabb, hogy életben maradjon-e (szükség van-e rá), vagy elpusztuljon? Ha életben marad, milyen életutat válasszon? Osztódást vagy differenciálódást, helyben maradást vagy elvándorlást stb.? A folyamatosan megújuló szövetek, például a vér fiziológiás működése naponta több százmilliárd új vörösvérsejtet és fehérvérsejtet igényel. Ráadásul a vérképző (hematopoetikus) őssejteknek a szervezetet érő stresszhelyzetekre – fertőzés, sérülés, tartós oxigénhiány, stb. - is rugalmasan kell reagálniuk, növelve (vagy néha csökkentve) az érett vérsejtek számát a keringésben.
Aligha véletlen, hogy őssejtátültetés után éppen a vérképző rendszer regenerálódik a leggyorsabban és a legteljesebb mértékben a recipiens(ek) (befogadók) szervezetében. Ugyanakkor – és ez a másik véglet – az ún. állandósult szövetekben, például a központi idegrendszerben található neuronális őssejtek fiziológiás körülmények között szinte észrevehetetlenek. Felnőtt korban új idegsejtek csak kis számban és valószínűleg csak az agy bizonyos területein (pl. a hippocampus, bulbus olfactorius) keletkeznek. A sérült vagy pusztuló idegsejtek pótlására általában nem, vagy legfeljebb minimális mértékben képesek.
Vérképző őssejtek
A vérképző rendszer ún. sejtmegújulási rendszer, amelyben a sejtszám állandóságának fenntartásához a rövid életidejű, érett sejtek pusztulásának és pótlásának szigorú egyensúlya szükséges. Leegyszerűsítve, a vérképző rendszer három nagy részből áll: vérképző (hemopoetikus) őssejtekből, amelyek esetében a megőrzés, fenntartás a feladat, egy nagy sejttömegből, ahol a megsokszorozódás, és végül az érő sejtekből, ahol a differenciálódás dominál.
- |8|
Ez az út – legalábbis egészen a közelmúltig így gondoltuk – szigorúan egyirányú, kijelölésében különböző mester-szabályozó gének (elsősorban ún. transzkripciós faktorok, azaz más gének kifejeződését szabályzó gének), illetve azok kombinációi vesznek részt. Ma már egyértelmű, hogy a differenciálódási utak a vérképző rendszerben sem mindig ilyen szigorúan meghatározottak.
Mezenhimális őssejtek
Először a csontvelőben mutatták ki, hogy a vérképző sejtek mellett egy másik, az ún. fibroblasztokhoz hasonló alakú, a csontvelő sztróma állományának kialakításában részt vevő sejtpopuláció is található. Ezeket ma mezenhimális ős-, vagy stroma sejtekként (MSC = mesenchymal stem cells) ismerjük.
- |9|
Mitől különleges egy szöveti őssejt?
A szöveti őssejtek – köztük az MSC-k - különleges képességei elsősorban epigenetikai állapotukra vezethetők vissza. Így az őssejtekben még jóval több gén hozzáférhető a kifejeződés számára, mint a véglegesen differenciálódott sejtekben. Ezt a jelenséget „genetikai promiszkuitásnak” is nevezik. Tehát egy szöveti őssejt sokféle genetikai program megvalósítására képes, és a döntés, hogy e lehetőségek közül melyik valósul meg, részben valószínűségi alapon, részben környezeti tényezők hatására történik.
A szöveti őssejtek közvetlen környezetéből, az ún. őssejt „niche”-ből érkező jelzések – morfogének, citokinek, kemokinek – jelentősen megváltoztatják az őssejtek differenciálódását. Az érés első szakasza a specializáció, amikor a folyamat még visszafordítható. Ezt követi a tényleges elköteleződés, amikor már véglegessé válik, hogy adott körülmények között milyen testi sejt alakul ki az őssejtből.
A komplex, adaptív szabályozó rendszer biztosítja a szöveti őssejtek rendkívüli plaszticitását. Ez teszi lehetővé, hogy az őssejtek mindkét alapvető feladatuknak megfeleljenek: fiziológiás körülmények között fenntartsák az adott szövet homeosztázisát, vagyis pótolják az öregedő, pusztuló sejteket, illetve sérülés esetén biztosítsák az érintett szövet regenerációját. Ugyanakkor a rendszerben fellépő minimális hiba is komoly patológiás következményekkel járhat. Az MSC-k könnyen a daganatok növekedését és metasztázis képzését elősegítő aktivált fibroblasztokká, vagy a különböző létfontosságú szervek (máj, lép, vese) fibrózisának kialakulásáért felelős miofibroblasztokká alakulhatnak.
Szöveti őssejt-plaszticitás és terápia
A regeneratív orvoslás célja a baleset vagy betegség következtében elpusztult sejtek és szövetek őssejtek segítségével történő pótlása. Néhány évvel ezelőtt a szöveti őssejtek – köztük a vérképző őssejtek - plaszticitása még végtelennek tűnt.
- |10|
A regeneratív medicinának erről a szöveti őssejtek plaszticitásán alapuló ágáról sajnos hamarosan kiderült, hogy a jelenség – bár kétségtelenül létező és biológiai szempontból rendkívül érdekes – igen ritka. Csontvelő-transzplantált betegek és kísérleti állatok különböző szerveiben általában csak néhány, de legfeljebb 1-2 százaléknyi (máj, tüdő) donor eredetű sejtet lehet kimutatni. Terápiás hatás ilyen kevés sejttől pedig akkor sem várható, ha ezek a sejtek ténylegesen működőképesek is az érintett szervekben, illetve szövetekben.
Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy a csontvelőben a vérképző őssejteken túl mezenhimális őssejtekből álló sejtpopuláció is található. Az összes szöveti őssejt közül talán ezeknek a sejteknek a plaszticitása a legnagyobb. Ugyanakkor a két – hematopoetikus és sztróma – őssejtpopuláció viszonya mindmáig tisztázatlan. A változatlanul nyitott kérdések és nehézségek ellenére a „ClinicalTrials.gov” honlap szerint jelenleg is több mint 200 helyen folyik a csontvelői őssejtek klinikai kipróbálása különböző – nem vérképzőrendszeri eredetű – sejt-degenerációval és/vagy pusztulással járó betegségekben. Feltételezik, hogy ha az őssejtek nem is képesek a sérült, vagy elpusztult sejtek közvetlen pótlására, indirekt úton – elsősorban az általuk termelt trofikus és anti-apoptotikus faktorok révén – gátolhatják az érintett szöveti sejtek további pusztulását, illetve elősegíthetik az endogén, a beteg saját őssejtjeinek fokozott osztódásán és differenciálódásán alapuló regenerációt.
Ráadásul a mezenhimális őssejtek immunszuppresszív és gyulladásgátló aktivitással is rendelkeznek, ami szintén kedvezően befolyásolhatja a csontvelői őssejtekkel végzett kezelés(ek) eredményességét. Bár a megcélzott betegségek skálája igen széles, a neurodegeneratív kórképektől, gerincsérülésektől az izomdisztrófián és a tüdőfibrózsison át a szívinfarktusig terjed, még az utóbbi – kétségtelenül legtöbbet vizsgált - esetben is csak nagyon korai tapogatózásokról beszélhetünk. Több száz infarktuson átesett beteget kezeltek már világszerte csontvelői őssejtekkel, mégis változatlanul nyitott kérdés ezek esetleges hatékonysága.
A sokak – főként a betegek és hozzátartozóik - szerint nagyon lassú előrehaladás legfőbb oka az, hogy minden őssejtkezelés kockázatokkal is jár, amelynek nagyságát állatkísérletek alapján nem igazán tudjuk felbecsülni. Nem tudjuk például, hogy a transzplantált csontvelői ős- és elődsejtek mikor indítanak el igazi szövetregenerációt, és mikor okoznak fibrózist a sérülés helyén vagy valamely életfontosságú szervben? Nem képződnek-e ún. ektopikus szövetek (például csontlemezek a szívizomban vagy a gerincvelőben) a beültetett sejtekből, amik súlyos működési zavarokat idézhetnek elő a szervezetben? Nem transzformálódnak-e az őssejtek a számukra idegen szöveti környezetben, azaz nem okoznak-e daganatot?
Allogén (más szervezetből származó) őssejtek alkalmazása esetén ráadásul immunológiai komplikációkkal, szöveti összeférhetetlenséggel is számolni kell, ami szükségessé teheti a betegek folyamatos - a más szervtranszplantáltakéhoz hasonló – gyógyszeres immunszuppresszív kezelését. Ne feledjük, hogy a „hagyományos” csontvelő transzplantáció négy évtizedes múltra tekint vissza, és még korántsem tekinthető tökéletes, minden részletében ismert, további finomításokat nem igénylő eljárásnak. Évekre van tehát még szükség, amíg eldől, hogy milyen, nem vérképző rendszeri eredetű betegsége(ke)t, milyen típusú őssejtekkel és hogyan érdemes - érdemes-e egyáltalán szöveti őssejtekkel - kezelni, illetve gyógyítani?
Őssejt-átültetés (csontvelőátültetés) a klinikai gyakorlatban
Mind gyermek-, mind felnőttkorban felléphetnek olyan rosszindulatú vérképzőszervi és nyirokszervi betegségek, amelyekben az egyetlen ma ismert gyógyító eljárás az őssejt-transzplantáció. Akut mieloid és akut limfoid leukémiában az őssejtátültetés ma az első választandó kezelést jelentheti, azonban a döntést mindig a beteg állapotának, a betegség stádiumának és a beavatkozás veszélyeinek gondos mérlegelése előzi meg. Az őssejtátültetést súlyos kombinált immunhiány, egyéb végzetes veleszületett genetikai betegségek, valamint veleszületett vagy szerzett
Az őssejt beültetése előtt alkalmassá kell tenni a beteget annak befogadására. Megfelelő donor és beteg esetén a beteg speciális előkezelésben (kondicionálás) részesül. A kezelés célja a beteg saját vérképző rendszerének és immunrendszerének legyengítése vagy elpusztítása, alkalmassá téve ezáltal a beteget a donorsejtek befogadására.
Az utóbbi években a klinikai kutatások középpontjába kerültek a csontvelői vérképzést nem teljesen elpusztító transzplantációs előkezelésekkel kapcsolatos vizsgálatok. A stratégia alapja, hogy kevésbé toxikus szereket alkalmaz, és nem pusztítja el teljesen a csontvelői vérképzést. Ez a kondicionáló kezelés sem nélkülözi azonban az immunrendszer erőteljes legyengítését, mivel ez biztosítja a beadott donorsejtek megtapadását.
Őssejtátültetés végezhető saját (
Az allogén transzplantáció egyik altípusa a nem-rokon donor sejtekkel végzett transzplantáció, amikor a donort, aki önként jelentkezett donációra, hazai vagy nemzetközi donorvárólistán tartják nyilván. A beteg szöveti (HLA) típusához keresik a megfelelő donort, majd újbóli beleegyezés, kivizsgálás és részletes immunológiai egyeztetések után kerül sor a transzplantálandó sejtek levételére és beadására.
A három jól ismert, a vérképző- és immunrendszer helyreállító terápiájában alkalmazott őssejtforrás a csontvelő, a perifériás vér és a köldökzsinórvér.
Csontvelő: főként vérképző őssejteket tartalmaz. A vérképző őssejtekből alakulnak ki elsősorban a vörösvértestek, a fehérvérsejtek, valamint a vérlemezkék. A csontvelői őssejtek nyerése altatásban vagy gyakrabban gerincvelői érzéstelenítésben, a hátsó csípőtövisekből, esetleg a szegycsontból történik.
Perifériás vér: Nagy dózisú, kolóniastimuláló-faktor (CSF) előkezelés hatására a csontvelőből nagy mennyiségű őssejt és elkötelezett elődsejt (progenitor sejt) kerül a perifériás vérbe. A transzplantációra alkalmas őssejtek gyűjtése a kezelést követően a keringő vérből történik.
Köldökzsinórvér: A köldökzsinórvér és az ebből nyerhető őssejtek gyűjtése közvetlenül az újszülött születését követően történik. A méhlepényben és a köldökzsinórban visszamaradt vér a szülés után orvosi hulladékként megsemmisítésre kerülne, amennyiben nem rendelkeznek az abból kinyerhető őssejtek megőrzéséről. A köldökzsinórvérből az őssejtek kiválaszthatók és életképesen megőrizhetők, gyakorlatilag fájdalom- és kockázatmentesen kinyerhetők. A folyékony nitrogénben tárolt őssejtek a későbbiekben bármikor felhasználhatók esetleges betegségek kezelése céljából.
Az őssejtátültetést szolgáló „donorbankok”
A csontvelődonor-bankok igazából virtuális bankok: hatalmas, komputeres adatbázisok, amelyekben szerte a világon már több mint 10 millió önkéntes csontvelődonor adatait tárolják. A vállalkozó donoroktól egy vérvétel alapján meghatározható mindazon paraméter, amely majd az őssejtátültetés alapját képezi.
A ma már szorosan összekapcsolt és egységesen működő nemzetközi hálózat lehetővé teszi, hogy egy adott beteg számára a hozzá lehető legközelebbi immunológiai (HLA) típussal rendelkező donort a világ bármely részéről kiválaszthassuk, tőle a szükséges őssejteket ott helyben levehessék, és a készítményt akár más országban is a beteg rendelkezésére bocsássák.
A köldökzsinórvér-bankok esetében közvetlenül a szöveti őssejteket tároljuk. A felolvasztás után ezek a sejtek bizonyítottan megtartják őssejt-tulajdonságaikat, és akár kutatási, akár gyógyítási célokra eredményesen alkalmazhatók.
A köldökzsinórvér őssejtjei beültethetők magába a donorba, családtagjaiba vagy akár nem rokonba is. A köldökzsinórvér őssejtek felhasználásának számos előnye és esetleges hátránya ismert. Előny, hogy a köldökzsinórvér őssejteket nagyobb eséllyel fogadja be a beteg szervezete, még akkor is, ha nem teljes a szöveti egyezés. Ritkább és kevésbé súlyos a leggyakoribb szövődmény, a GVHD (graft versus host betegség). A köldökzsinórvérből származó őssejtek gyakorlatilag „újszülött-korúak”, nem találkoztak még az emberi szervezetet naponta érő káros környezeti hatásokkal. Ráadásul egységnyi köldökzsinórvérben majdnem tízszer annyi vérképző sejt található, mint a csontvelőben. Ez a tény azt látszik alátámasztani, hogy a köldökzsinórvér őssejtjeiből kevesebb is elegendő lehet egy sikeres beültetéshez.
Hátrányt jelent, hogy a köldökzsinórvér levételére csak a születéskor van lehetőség, a kinyerhető vér mennyisége korlátozott, és a beültetett őssejtek megtapadása lassúbb, befogadásuk kisebb hatásfokú. A betegség visszatérésének esélye nagyobb, mivel a GVL (graft versus leukémia) hatás is kisebb mértékű, elméletileg nagyobb a leukémia kialakulásának veszélye.
A megszülető gyermek köldökzsinórvérének tárolása ma már számos vállalkozás ajánlatában szerepel, és ezt a szülők számára egyedi lehetőségként hirdetik. Ugyanakkor a saját felhasználás egyelőre szinte elhanyagolható mértékű, és a jövőt valószínűleg a közösségi bankolás jelenti. Valamennyi fejlett országban elindult már a közösségi köldökzsinórvér őssejtbankok létrehozása, amelyekbe - a véradáshoz hasonlóan - a szülők adományként ajánlhatják fel újszülött gyermekük köldökzsinórvérét. Az így levett őssejtkészítményeket központilag támogatott bankokban tárolják, így a későbbiekben bármilyen rászoruló beteg számára rendelkezésre állnak. Számos betegségben a saját köldökzsinórvér őssejtnél nagyobb eséllyel tud segíteni olyan donortól származó őssejtkészítmény, amely nem hordozza magában a gyógyítani kívánt betegséget.
Különösen fontos tényező, hogy kisebb etnikai csoportok számára igen nehéz a csontvelődonor-bankokban megfelelő donort találni. Ugyanakkor a köldökzsinórvér őssejtkészítmények célzottan is gyűjthetők ilyen csoportok számára, így a gyógyításban új lehetőséget adnak. Magyarországon egyelőre közösségi köldökzsinórvér őssejtbank nem működik, bár már lehetőség van külföldről köldökzsinórvér őssejtkészítmények elérésére.
A mezenhimális őssejtek (MSC-k) terápiás felhasználása
Az MSC-k – a korábban már vázolt sajátságaiknak (könnyű hozzáférhetőség, tenyészthetőség és nagyfokú plaszticitás) köszönhetően – hamar felkeltették az e területen dolgozó kutatók és gyakorló orvosok figyelmét. Ráadásul az is kiderült, hogy a sejttenyészetben felszaporított és a szervezetbe intravénásan bejuttatott MSC-k általában szétszóródnak a különböző, sok kis eret tartalmazó szövetekben (tüdő, vese, lép), de sérülés vagy gyulladás esetén – kemotaktikus ingerek hatására – egy részük mindenképpen az érintett területre vándorol, ahol kulcsszerepet játszik az adott szövet, illetve szerv regenerációjában.
A számtalan sikeres állatkísérlet után ma már folyik az „MSC-terápia” klinikai kipróbálása is. Porc- és csontsérülések gyógyításával, szívinfarktuson átesett betegek és gerincsérültek kezelésével próbálkoznak különböző munkacsoportok. A terápiás hatás mechanizmusát azonban igazából egyelőre nem ismerjük. Annyi bizonyos, hogy az MSC-k sokszor nem is épülnek be (vagy legfeljebb igen kis számban) a sérült szövetbe, azaz nem alakulnak át például tömegesen szívizomrostokká vagy neuronokká, hanem indirekt módon segítik a károsodott szövetek regenerációját. „Trofikus” faktorokat termelnek, gátolják a további sejtpusztulást (apoptózist), elősegítik új kapillárisok képződését - azaz javítják az érintett terület oxigén- és tápanyagellátását -, és fokozott működésre késztetik a sérült szervben található (endogén) őssejteket.
Mivel az MSC-k allogén befogadóban sem váltanak ki erőteljes, a sejtek kilökődésével járó immunválaszt (hipoimmunogének), sőt, immunszuppresszív hatásuk is van, a kezeléshez nincs szükség feltétlenül autológ őssejtekre, elvben bármely egészséges donor MSC-je felhasználható anélkül, hogy gyógyszerekkel gátolnánk a befogadó immunrendszerét. Klinikai vizsgálatokban már több, az immunrendszer kórosan fokozott aktivitására visszavezethető betegség kezelésében kezdték már meg a sokszor súlyos mellékhatásokat okozó és igen drága immunszuppresszív gyógyszerek helyettesítését MSC-vel.
III. Pluripotens őssejtek a kutatásban és a gyógyításban
Az ún. pluripotens őssejtek valamennyi testi sejtünk, szövetünk vagy szervünk létrehozására, pótlására képesek lehetnek. Megismerésük és tulajdonságaik kutatása az őssejtbiológia forradalmi lépése volt, orvosi alkalmazásuk fantasztikus új lehetőségeket kínál. A jelenleg csak igen korlátozott hatékonysággal kezelhető betegségekben, ahol megújulni alig képes szöveteink károsodnak, a pluripotens őssejtek alkalmazása ígér gyógyítási alkalmazást. Ilyenek az Alzheimer- és Parkinson-kór, az agyvérzés, vagy a szívizom károsodása pl. infarktus esetében.
Ugyanakkor a pluripotens őssejtek alkalmazása a terápiában egyelőre igen veszélyes, hiszen alapvető jellemzője az ilyen sejteknek, hogy daganatot, ún. teratómát képeznek. A sokoldalú kutatómunkának el kell eljutnia arra a szintre, hogy az őssejtek alkalmazásának kockázata jelentősen kisebb legyen, mint azok a várható előnyök, amelyek gyógyító felhasználásukkal elérhetők. A pluripotens őssejtek kutatásában az első lépések állatkísérletekben, elsősorban egérvizsgálatokban történtek, de hamarosan követte ezeket az emberi pluripotens őssejtek megismerése, létrehozása is. Ezeket a munkákat foglaljuk össze az alábbiakban.
Embrionális őssejtek
Az első embrionális őssejtvonalat 1981-ben, egérembriókból hozta létre Martin Evans és kutatócsoportja. Egérből származó, embrionális daganatsejt-vonalak vizsgálata közben jöttek rá, hogy ezekből a sejtekből az ivarsejteken kívül szinte minden testi sejt keletkezhet. Sikerült olyan körülményeket találni, amelyek között egészséges embrióeredetű sejtek fenntarthatóak és szaporodnak. Az így alapított egér embrionális őssejteket más genetikai állományú egérembrióba beültetve vizsgálták a megszülető egereket és utódaikat.
Azt tapasztalták, hogy az őssejtekkel kevert embrióból kifejlődő egerek (úgynevezett "kimérák") sejtjei között mind a befogadó embrióból, mind az embrionális őssejtekből származó sejtek megtalálhatók voltak. A „kimérák” utódainak egy részében az embrionális sejtekből származó genetikai információ öröklődött tovább, tehát az embrionális őssejtekből fejlődő ivarsejtek képesek voltak a genetikai információ továbbörökítésére. A kiméraképzés, majd a szaporodóképes utódok létrejötte bizonyította ezen embrionális őssejtvonalak pluripotens tulajdonságát.
További kísérletekkel azt is bizonyították, hogy ha az embrionális őssejtekbe idegen géneket juttat be, akkor az így létrehozott kimérákban és utódaikban is megjelennek az idegen gén által kódolt genetikai információk. Ebben az időben vált ismertté a homológ rekombináció folyamata, amellyel a szervezet saját génjeit lehetett módosítani. A módszer nemcsak módosított gének bevitelét, hanem gének eltávolítását is lehetővé tette, így olyan egereket lehetett létrehozni, amelyekben egy adott gén hiányzik. Ez a „knock-out”, vagy génkiütési technika a betegségmodellek létrehozásában jelentett alapvető új lehetőséget.
A 2007. évi orvosi és élettani Nobel-díjat Mario Capecchi és Oliver Smithies amerikai és Martin Evans angol kutatók kapták a ezzel kapcsolatos munkájukért. Az általuk kidolgozott módszerrel létrehozott "knock-out" egerek forradalmasították az orvosbiológiai kutatásokat, és ma már a génfunkciók kutatásának az egyik legalapvetőbb módszerét alkotják.
Az állati embrionális őssejtek megismerése és a genetikailag módosított, „kiméra” élőlények létrehozása nagyban hozzájárult a klónozás gyakorlati megvalósításához. Amennyiben a petesejtbe a mesterséges megtermékenyítés során egy szöveti sejt magját ültetik be, majd ebből hoznak létre őssejteket és egész élőlényt, akkor a genetikai állomány legnagyobb részét a beültetett sejtmag jelenti, és ennek megfelelő élőlény jön létre. Így született meg először Dolly, a klónozott bárány, majd számos más élőlényben (egérben, nyúlban, kutyában) sikerült a módszert eredményesen alkalmazni. Fontos szabály, hogy az emberen végzett ilyen (reproduktív) klónozás a világon mindenhol tilos és abszolút etikátlan.
A humán embrionális őssejtkutatás fiatal kutatási irányzat, amely mindössze 15 éves múltra tekint vissza. 1994-ben írták le először a humán blasztocisztából származó sejteket, akkor azonban tenyészteni még nem sikerült őket.
- |11|
A humán embrionális őssejtvonalakat olyan embriókból hozták létre, amelyek a mesterséges megtermékenyítési folyamatban feleslegessé váltak. A törvények alapján az ilyen embriókat a szülők jóváhagyásával megsemmisítik. A megsemmisítésre szánt embriók a megfelelő jogi eljárás után tudományos célokra felhasználhatók, és ezekből lehet HuES-vonalakat létrehozni. A HuES-vonalak alapítása nehéz, alacsony hatékonyságú munka, ennek ellenére jelenleg már több mint 500 humán embrionális őssejtvonal létezik, amelyeket az elmúlt 12 évben alapítottak.
A humán embrionális őssejtvonalak alapítása után elengedhetetlenné vált a standard sejttenyésztési körülmények kidolgozása, valamint az általános őssejtmarkerek meghatározása és vizsgálata. A HuES sejtek többnyire nem képesek önmagukban növekedni, ehhez szükségük van dajkasejtekre.
- |12|
Ma már a legváltozatosabb új módszereket fejlesztik és árusítják a biotechnológiai cégek az őssejtek legegyszerűbb és leghatékonyabb tenyésztésére. Lehetséges, hogy hamarosan a dajkasejtek jelenlétére sem lesz szükség. A terápiás felhasználás lehetősége új elvárásokat is jelent, és ennek érdekében a HuES vonalakat már az alapításuktól kezdve állati termékektől mentesen kell tenyészteni. A sejtek tenyésztési feltételeinek szigorú szabályai speciálisan kialakított laboratóriumot és képzett személyzetet kívánnak, egyre több lépést automatizálva végeznek.
A humán embrionális őssejtkultúrák pluripotenciáját jól jellemzi bizonyos markergének együttes kifejeződése. Ezek a humán embrionális őssejtek esetében az Oct 3/4, a SOX2 és a Nanog jelű transzkripciós faktorok, valamint az SSEA-3 és SSEA-4, a TRA-1-60 és a TRA-1-81 sejtfelszíni molekulák. Az alkalikus-foszfatáz enzim pozitivitás is az őssejtek alapvető tulajdonsága.
Az embrionális őssejtek alapvető jellemzője pluripotenciájuk és differenciálódási képességük. Hogy képesek-e mindhárom csíralemez irányába differenciálódni, azt in vivo teratómaképzéssel, illetve in vitro spontán differenciációs kísérletekkel lehet vizsgálni. A teratómaképzési kísérleteknél immundeficiens, ún. SCID-egerekbe oltják be az emberi differenciálatlan őssejteket, és az öt- nyolc héttel később megjelenő teratómák mind a három csíravonalra jellemző sejteket tartalmazzák, számos szövetféleség, így porc, epiteliális laphám, primitív neuroectoderma, ganglionszerű struktúrák, izom, mirigyhám is kimutatható bennük.
In vitro körülmények között a HuES vonalak differenciációs képességeit spontán differenciációs rendszerekben vizsgálják, ahol multicelluláris aggregátumokat, ún. embriótestecskéket (embryoid body, továbbiakban EB) hoznak létre. Az EB állapotban már megkezdődik a három csíralemezre való elkülönülés, amely immunhisztokémiai festések segítségével megjeleníthető, míg a pluripotencia markerek folyamatosan csökkennek a differenciáció előrehaladtával.
Indukált pluripotens őssejtek
A humán embrionális őssejtekre alapozott terápiás elképzelések az utóbbi években jelentősen háttérbe szorultak, elsősorban etikai és immunológiai nehézségek miatt. Az indukált pluripotens őssejtek (iPS) 2006 óta kerültek be a tudományos köztudatba, mint újabb pluripotens őssejtforrások.
Az embrionális őssejtekkel ellentétben, amelyek csak embrionális szövetekből nyerhetők, az iPS-sejtek nagy előnye, hogy akár felnőttek sejtjeiből, egyénre szabottan hozhatók létre az átprogrammozásnak nevezett folyamat során. Ennek lényege, hogy egy már differenciálódott sejtet vissza lehet programozni őssejtszerű, pluripotens állapotba.
- |13|
Az iPS-sejtek létrehozásához szükséges gének bejuttatására először retrovírus vektort használtak, majd számos új technológiai jelent meg nemvírusos génbejuttatásra, illetve a genomba beépülő transzkripciós faktorok bevitele nélküli iPS-képzésre.
- |14|
Az iPS-sejtek forradalmi áttörést jelentenek a pluripotens őssejtek területén, mivel alternatívaként szolgálhatnak az embrionális őssejtek korlátainak átlépésére, és sejt- és génterápiás megoldások eszközei lehetnek. Az iPS-sejtekkkel egyénre szabott sejt- és szövetterápiás megoldásokat lehet kifejleszteni - azon páciensek esetében, akik veleszületett genetikai rendellenességet hordoznak, helyreállított génállományú, saját iPS-sejtek felhasználása új terápiás alternatívát jelenthet. Ugyanakkor itt is hangsúlyozni kell, hogy az iPS-sejteknek is alapvető tulajdonsága a daganat- (teratóma-) képzés.
Az iPS-sejteken és iPS-sejtek differenciáltatása során nyert sejteken különböző betegségek kialakulási mechanizmusai vizsgálhatók. Végül gyógyszeripari alkalmazásként ezek a sejtek és a differenciáltatásuk során kialakított sejtek egyaránt használhatók gyógyszerfejlesztő és toxikológiai vizsgálatokhoz, akár egyénre szabottan is.
Csak néhány éve jelentek meg az első olyan eredmények, amelyek azt a lehetőséget látszanak igazolni, hogy már differenciálódott testi sejtekből (pl. bőrsejtekből) ún. részleges visszaprogramozással is lehet specifikus szöveteket létrehozni. Így pl. megfelelő „faktorok” alkalmazásával idegsejt, esetleg szívizom progenitorsejtek is közvetlenül létrehozhatók anélkül, hogy a pluripotens őssejt állapotig kellene visszajuttatni a sejteket.
Emberi őssejtekből differenciált szövetek – idegsejtek, szívizom
Laboratóriumi szinten ma már sikerrel hozhatók létre pluripotens őssejtekből a legváltozatosabb differenciált szövetek, sejttípusok. A szöveti markerek, speciális, jellemző fehérjék vagy szerkezetek vizsgálata alapján elkülöníthetők idegsejtek és gliasejtek, de akár a létrejövő idegsejtek megfelelő neurotranszmittert kibocsátó típusai is.
- |15|
Különösen látványos az in vitro, szövettenyészetekben létrehozható emberi szívizomtelepek spontán összehúzódó képessége, a „dobogó” szívizomtelepek létrejötte. ( 1. videó |1}| , 2. videó |2}| .)
Ugyanakkor a szelektív sejttípusok hatékony laboratóriumi létrehozása ma még inkább „konyhaművészet”, hiszen nem pontosan ismertek azok a körülmények, faktorok, szöveti kölcsönhatások, amelyek eredményes, irányított differenciációt eredményeznek. Ma a kutatómunka egyik legígéretesebb, alkalmazásirányult területe éppen az ilyen feltételek pontos kidolgozása.
IV. Etikai kérdések
Az emberi embrionális őssejtek kutatása és lehetséges alkalmazása etikai tekintetben nagy viharokat kavart. Egymásnak ütköztek azok véleményei, akik az emberi élet szentségét védik, és azzal érveltek, hogy minden olyan embrió vagy embrionális őssejt, amelyből teljes emberi lény fejlődhet, védelemre szorul az emberi méltóság és élet védelme jogán. Mások a megtermékenyített petesejtet és a 14 napos embriót még nem tekintik emberi lénynek, viszont véteknek tartják a kutatások leállítását, ha ezekkel már meglévő emberi életek megmentésére nyílik lehetőség.
Ezt az etikai dilemmát az iPS-sejtek alkalmazása alapvetően feloldja, hiszen ebben az esetben nincsen szükség embriók felhasználására; már differenciált szövetekből, egyedi, személyre szabott őssejtek hozhatók létre. Újra hangsúlyozni kell, hogy az emberrel kapcsolatos valamennyi reprodukciós jellegű őssejt-beavatkozás (“klónozás”) szigorúan tiltott és etikátlan.
Rendkívül izgalmas etikai kérdés az emberi őssejtek gyógyító felhasználásának engedélyezése, támogatása, klinikai bevezetése. Az orvoslás egyik fő szabálya a „Ne árts!”, azaz mindig gondosan mérlegelni kell, hogy egy beavatkozás jótékony hatása felülmúlja-e az esetleges káros következményeket. Ennek érdekében a világ jelentős részén, így Észak-Amerikában és Európában központi engedélyezéshez, részletes minőségi és hatástani, majd jól dokumentált klinikai vizsgálatokhoz kötik az őssejtekkel gyógyító módszerek bevezetését (lásd feljebb, a szöveti őssejtekről szóló fejezetben). Főként a nem várt és nem kívánt helyi őssejt-szaporodástól, az esetleg kialakuló daganatoktól, a mellékhatásként esetleg létrejövő sejtpusztulástól kell megóvni a betegeket.
Ugyanakkor a világ egy jelentős részén, ahol az ellenőrző hatóságok igazából nem működnek, elterjedt a „csodatévő őssejtterápiák” alkalmazása. Ezeken a klinikákon nem dokumentált, nem alaposan kivizsgált, sem az orvosok, sem a betegek számára részletesen be nem mutatott „őssejt-beavatkozásokat” végeznek. Erre ma már egy egész, „őssejtturizmus” nevű iparág épül: kínai, ukrán, barbadosi stb. őssejtklinikákon, a betegekkel alaposan megfizettetve végzik a széles körben hirdetett, mindenre (a súlyos születési rendellenességektől a gerincszakadásig) gyógyulást ígérő kezeléseket. Ez a szabályozatlan orvosi működés teljességgel etikátlan: ha tudják, hogy eredményes beavatkozásra képesek, miért nem adják át a módszereket az egész világ orvoslásának? Ha pedig csak reménykednek a hatásban, akkor igazából a betegeket megtévesztő és kifosztó kóklerek.
Mindennek ellenére, az őssejtek gyógyító alkalmazása a klinikai gyakorlatban egyértelműen a helyreállító orvoslás igazi megvalósulását jelentheti. Őrizzük a tisztaságát, támogassuk az új lehetőségek kidolgozását, de védjük a betegeket a tudatlan „emberkísérletektől”.
„Üdvözlégy őssejt, faragok fétist szavaimból a partján:
Üdvözlégy, Osztódásra Képes,
Üdvözlégy, Élet Teli Tartaléka,
Üdvözlégy, Génjeinkben elraktározott tudás,
Üdvözlégy, Test, Csodák Csodája -
Nincs vers, mely gyógyulásnál méltóbb tárgyat örökíthetne meg!”
(Orbán Ottó: EL DESDICHADO)
***
Az összeállítást készítette: Apáti Ágota, Uher Ferenc és Sarkadi Balázs. A mellékelt képek az OVSZ-MTA őssejtkutató csoportjából származnak. Munkacsoportunk 2005-ben kapta meg az ETT HRB engedélyét arra, hogy hazánkban elsőként humán embrionális őssejt vonalakkal dolgozhasson. Az embrionális őssej vonalakat széleskörű nemzetközi együttműködés keretén belül a Harvard Egyetem kutatócsoportja bocsátotta rendelkezésünkre. Az iPS-sejteket speciális, nem-vírusos módszerekkel hozzuk létre.