Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην έρευνα για τη γήρανση και τις ασθένειες είναι η παρακολούθηση των γηρασμένων κυττάρων. Αυτά τα κύτταρα – που συχνά αποκαλούνται “κύτταρα ζόμπι” – σταματούν να διαιρούνται αλλά αρνούνται να πεθάνουν φυσικά. Με την πάροδο του χρόνου, μπορούν να συσσωρευτούν στο σώμα και έχουν συνδεθεί με καταστάσεις όπως ο καρκίνος, η νόσος του Αλτσχάιμερ και η ίδια η διαδικασία γήρανσης.
Οι επιστήμονες διερευνούν τρόπους για να αφαιρέσουν ή να επισκευάσουν αυτά τα κατεστραμμένα κύτταρα, αλλά υπάρχει ένα μεγάλο εμπόδιο. Οι ερευνητές προσπάθησαν να εντοπίσουν αξιόπιστα γηρασμένα κύτταρα που κρύβονται μέσα σε υγιή κύτταρα σε ζωντανούς ιστούς.
Τα απταμερή DNA βοηθούν τους ερευνητές να αναγνωρίσουν τα γηρασμένα κύτταρα
Μια ομάδα στην κλινική Mayo λέει τώρα ότι έχει βρει μια πολλά υποσχόμενη νέα τεχνική. Γράφοντας στο περιοδικό Aging Cell, οι ερευνητές περιγράφουν μια τεχνική που χρησιμοποιεί μόρια που ονομάζονται «απταμερή» για την επισήμανση των γηρασμένων κυττάρων.
Τα απταμερή είναι σύντομοι κλώνοι συνθετικού DNA που αναδιπλώνονται φυσικά σε πολύπλοκα τρισδιάστατα σχήματα. Αυτά τα σχήματα τους επιτρέπουν να προσκολλώνται σε συγκεκριμένες πρωτεΐνες που βρίσκονται στην κυτταρική επιφάνεια.
Δουλεύοντας με κύτταρα ποντικού, οι επιστήμονες εξέτασαν 100 τρισεκατομμύρια τυχαίες αλληλουχίες DNA και εντόπισαν αρκετά σπάνια απταμερή ικανά να δεσμεύονται σε πρωτεΐνες που σχετίζονται με γηρασμένα κύτταρα. Μόλις συνδεθούν, τα απταμερή επισημαίνουν αποτελεσματικά τα κύτταρα για ανίχνευση.
«Αυτή η προσέγγιση καθιέρωσε την αρχή ότι τα απταμερή είναι μια τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση των γηρασμένων κυττάρων από τα υγιή κύτταρα», δήλωσε ο βιοχημικός και μοριακός βιολόγος Jim Maher, III, Ph.D., κύριος ερευνητής στη μελέτη. «Αν και αυτή η μελέτη είναι ένα πρώτο βήμα, τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η μέθοδος μπορεί τελικά να εφαρμοστεί και στα ανθρώπινα κύτταρα».
Μια τυχαία συνομιλία πυροδότησε την ανακάλυψη
Το έργο ξεκίνησε με μια απροσδόκητη ιδέα που κοινοποιήθηκε κατά τη διάρκεια μιας περιστασιακής συνομιλίας μεταξύ μεταπτυχιακών φοιτητών στην κλινική Mayo.
Keenan Pearson, Ph.D. — ο οποίος κέρδισε πρόσφατα το πτυχίο του από την Mayo Clinic Graduate School of Biomedical Sciences — μελετούσε πώς τα απταμερή θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν κατά του καρκίνου του εγκεφάλου ή των νευροεκφυλιστικών ασθενειών ενώ εργαζόταν με τον Δρ Mah.
Σε άλλο σημείο της πανεπιστημιούπολης, η Sarah Jachim, Ph.D., — η οποία ολοκλήρωνε επίσης μεταπτυχιακή έρευνα εκείνη την εποχή — μελετούσε τα γηρασμένα και γηρασμένα κύτταρα στο εργαστήριο του Nathan Lebrasure, Ph.D.
Δύο φοιτητές διασταυρώνονται κατά τη διάρκεια μιας επιστημονικής εκδήλωσης και αρχίζουν να συζητούν τα έργα τους. Ο Δρ Pearson αναρωτήθηκε εάν η τεχνολογία απταμερούς θα μπορούσε να προσαρμοστεί ώστε να αναγνωρίζει τα γηρασμένα κύτταρα.
«Νόμιζα ότι η ιδέα ήταν καλή, αλλά δεν ήξερα για τη διαδικασία προετοιμασίας γηρασμένων κυττάρων για δοκιμή, και αυτή ήταν η τεχνογνωσία της Σάρα», είπε ο Δρ Pearson, ο οποίος έγινε ο κύριος συγγραφέας της δημοσίευσης.
Οι ερευνητές ακολούθησαν μια «τρελή» υπόθεση
Οι μαθητές ανέπτυξαν την ιδέα με τον μέντορά τους, καθώς και με τον ερευνητή Darren Baker, PhD, του οποίου η εργασία επικεντρώνεται σε θεραπείες που στοχεύουν τα γηρασμένα κύτταρα.
Ο Δρ Maher είπε ότι η ιδέα αρχικά φαινόταν «τρελή», αλλά ήταν αρκετά ενδιαφέρουσα ώστε να δικαιολογεί περαιτέρω έρευνα. Οι σύμβουλοι τελικά αγκάλιασαν τη συνεργασία.
«Ειλικρινά μας άρεσε που ήταν μια φοιτητική ιδέα και ένας πραγματικός συνδυασμός δύο ερευνητικών πεδίων», είπε ο Δρ Maher.
Η έρευνα προχωρά με ταχείς ρυθμούς. Τα αρχικά πειράματα παρήγαγαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα νωρίτερα από το αναμενόμενο, οδηγώντας την ομάδα να φέρει επιπλέον μαθητές από πολλά εργαστήρια.
Στη συνέχεια οι μεταπτυχιακοί φοιτητές Brandon Wilbanks, PhD, Luis Prieto, PhD, και MD-PhD φοιτήτρια Carolyn Doherty συνεισέφεραν εξειδικευμένες τεχνικές, συμπεριλαμβανομένης της προηγμένης μικροσκοπίας και μιας μεγάλης ποικιλίας αναλύσεων δειγμάτων ιστού.
«Έγινε ενθαρρυντικό να ξοδέψουμε περισσότερη προσπάθεια, γιατί θα μπορούσαμε να πούμε ότι αυτό ήταν ένα έργο που επρόκειτο να πετύχει», είπε ο Δρ Jachim.
Νέες ενδείξεις για τη βιολογία των κυττάρων ζόμπι
Η μελέτη μπορεί να προσφέρει κάτι περισσότερο από έναν νέο τρόπο αναγνώρισης των γηρασμένων κυττάρων. Αποκάλυψε επίσης πληροφορίες για κύτταρα.
«Μέχρι σήμερα, δεν υπάρχει καθολικός δείκτης που να χαρακτηρίζει τα γηρασμένα κύτταρα», λέει ο Δρ Maher. “Η έρευνά μας ξεκίνησε για να αποκαλύψει επιφανειακά μόρια-στόχους σε γηρασμένα κύτταρα. Η ομορφιά αυτής της προσέγγισης είναι ότι αφήνουμε τα απταμερή να επιλέξουν τα μόρια με τα οποία θα συνδεθούν.”
Αρκετά απταμερή συνδέονται με μια παραλλαγή της φιμπρονεκτίνης, μιας πρωτεΐνης που βρίσκεται στην επιφάνεια των κυττάρων του ποντικού. Οι ερευνητές εξακολουθούν να μην καταλαβαίνουν ακριβώς πώς αυτή η παραλλαγή φιμπρονεκτίνης σχετίζεται με τη γήρανση, αλλά το εύρημα θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν καλύτερα τι κάνει τα γηρασμένα κύτταρα μοναδικά.
Μελλοντικές προοπτικές για τη θεραπεία της γήρανσης και των ασθενειών
Οι ερευνητές προειδοποιούν ότι θα χρειαστούν πρόσθετες μελέτες προτού τα απταμερή μπορέσουν να ανιχνεύσουν αξιόπιστα γηρασμένα κύτταρα σε ανθρώπους.
Ωστόσο, η τεχνολογία θα μπορούσε τελικά να γίνει πολύ περισσότερο από ένα εργαλείο ανίχνευσης. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα απταμερή θα μπορούσαν μια μέρα να προσφέρουν θεραπείες απευθείας στα γηρασμένα κύτταρα, επιτρέποντας εξαιρετικά στοχευμένες θεραπευτικές προσεγγίσεις.
Ο Δρ Pearson είπε ότι τα απταμερή είναι επίσης λιγότερο ακριβά και πιο προσαρμόσιμα από τα παραδοσιακά αντισώματα, τα οποία συνήθως χρησιμοποιούνται για τη διάκριση διαφορετικών τύπων κυττάρων.
“Αυτό το έργο έδειξε μια νέα ιδέα”, είπε ο Δρ Maher. «Μελλοντικές μελέτες μπορεί να επεκτείνουν την προσέγγιση σε εφαρμογές που σχετίζονται με γηρασμένα κύτταρα σε ανθρώπινες ασθένειες».
