Czy ten naukowiec w końcu znalazł źródło młodości?

Potężne narzędzie, które naukowcy zastosowali wobec myszy, nazywa się „przeprogramowaniem”. Jest to sposób na zresetowanie tak zwanych znaków epigenetycznych organizmu: chemiczne przełączniki w komórce, które określają, które z jej genów są włączone, a które wyłączone. Usuń te ślady, a komórka może zapomnieć, czy kiedykolwiek była to skóra lub komórka kostna i powracają do znacznie bardziej prymitywnego stanu embrionalnego. Technika ta jest często wykorzystywana w laboratoriach do wytwarzania komórek macierzystych. Jednak Izpisúa Belmonte należy do awangardy naukowców, którzy chcą przeprogramować całe zwierzęta i jeśli potrafią to precyzyjnie kontrolować, do ludzkich ciał.

Izpisúa Belmonte uważa, że przeprogramowanie epigenetyczne może okazać się „eliksirem życia”, który znacznie wydłuży ludzkie życie. Średnia długość życia wzrosła ponad dwukrotnie w krajach rozwiniętych w ciągu ostatnich dwóch stuleci. Dzięki szczepionkom dla dzieci, pasom bezpieczeństwa itp. Więcej ludzi niż kiedykolwiek osiąga naturalną starość. Ale istnieje granica tego, jak długo ktoś żyje, co, jak mówi Izpisúa Belmonte, wynika z faktu, że nasze ciała ulegają zużyciu w wyniku nieuniknionego rozkładu i degradacji. „Starzenie się”, pisze, „to nic innego jak aberracje molekularne, które występują na poziomie komórkowym”. Mówi, że jest to wojna z entropią, której nikt nigdy nie wygrał.

„Myślę, że dzieciak będzie żył do 130 lat jest już z nami. Już się urodził. Jestem przekonany. ”

Ale każde pokolenie daje nowe możliwości, ponieważ epigenom zostaje zresetowany podczas rozmnażania, gdy powstaje nowy zarodek. Klonowanie również wykorzystuje przeprogramowanie: cielę sklonowane z dorosłego buhaja zawiera to samo DNA, co rodzic , tylko odświeżony. W obu przypadkach potomstwo rodzi się bez nagromadzonych „aberracji”, o których mówi Izpisúa Belmonte.

Izpisúa Belmonte proponuje jeszcze jeden krok lepiej i odwrócić aberracje związane ze starzeniem się bez konieczności tworzenia nowej osoby. Wśród nich są zmiany w naszych znakach epigenetycznych – grupach chemicznych zwanych histonami i znakami metylacji, które otaczają DNA komórki i działają jako włączniki / wyłączniki genów. Nagromadzenie tych zmian powoduje, że komórki działają mniej wydajnie wraz z wiekiem, a niektórzy naukowcy, w tym Izpisúa Belmonte, uważają, że mogą one przede wszystkim przyczyniać się do starzenia się. Jeśli tak, to cofnięcie tych zmian epigenetycznych poprzez przeprogramowanie może pozwolić nam cofnąć samo starzenie się.

Izpisúa Belmonte ostrzega, że poprawki epigenetyczne nie „sprawią, że będziesz żył wiecznie”, ale mogą opóźnić datę wygaśnięcia. Według niego nie ma powodu, by sądzić, że nie możemy przedłużyć ludzkiego życia przynajmniej o kolejne 30 do 50 lat. „Myślę, że dzieciak, który będzie dożył 130 lat, jest już z nami” – mówi Izpisúa Belmonte. „On już się urodził. Jestem przekonany”.

Słoik z roztworem barwiącym używanym do badania tkanek.

Christie hemm klok

Czynniki młodości

Leczenie, które Izpisúa Belmonte zastosował dla swoich myszy, opiera się na odkryciu nagrodzonym nagrodą Nobla przez japońską łodygę – naukowiec zajmujący się komórkami, Shinya Yamanaka. Od 2006 roku Yamanaka wykazał, jak dodanie zaledwie czterech białek do ludzkich dorosłych komórek może przeprogramować je tak, aby wyglądały i zachowywały się jak te w nowo powstałym zarodku. Te białka, zwane czynnikami Yamanaka, działają poprzez wycieranie epigenetyczne ślady w komórce, dając jej nowy początek.

„Cofnął się w czasie” – mówi Izpisúa Belmonte. Wszystkie znaki metylacji, te przełączniki epigenetyczne „są wymazane” – dodaje. „A więc zaczynasz życie od nowa”. Naukowcy odkryli, że nawet komórki skóry pochodzące od stulatków można przywrócić do pierwotnego, młodzieńczego stanu. Sztucznie przeprogramowane komórki nazywane są indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi lub IPSC. Podobnie jak komórki macierzyste w embrionach, mogą one następnie przekształcić się w dowolny rodzaj komórki ciała – skóry, kości, mięśni itd. – jeśli otrzymają odpowiednie sygnały chemiczne.

Dla wielu naukowców odkrycie Yamanaki było obiecujące głównie jako sposób wytwarzania tkanki zastępczej do stosowania w nowych typach zabiegów przeszczepów. W Japonii naukowcy podjęli próbę przeprogramowania komórek pochodzącej od Japonki po osiemdziesiątce z oślepiającą chorobą zwyrodnieniem plamki żółtej. Byli w stanie pobrać próbkę jej komórek, przywrócić je do stanu embrionalnego z czynnikami Yamanaki, a następnie skierować je, aby stały się komórkami siatkówki. W 2014 roku kobieta została pierwszą osobą, której przeszczepiono taką tkankę wykonaną w laboratorium. Nie poprawiło to jej ostrości widzenia, ale zgłosiła, że jest „jaśniejsze” i przestało się pogarszać.

Notebooki i puste probówki wirówkowe z eksperymentów Izpisúa Belmonte.

Christie Hemm Klok

Jednak wcześniej naukowcy z hiszpańskiego Narodowego Centrum Badań nad Rakiem przeprowadzili już technologii w nowym kierunku, gdy badali myszy, których genomy zawierały dodatkowe kopie czynników Yamanaka. Włączając je, wykazali, że przeprogramowanie komórki może faktycznie nastąpić w ciele dorosłego zwierzęcia, nie tylko w naczyniu laboratoryjnym.

Eksperyment zasugerował zupełnie nową formę medycyny. Możesz potencjalnie odmłodzić całe ciało osoby. Ale podkreślało też niebezpieczeństwa. Usuń zbyt wiele śladów metylacji i innych śladów epigenomu, a „Twoje komórki w zasadzie tracą swoją tożsamość” – mówi Pradeep Reddy, pracownik naukowy w Salku, który pracował nad tymi eksperymentami z Izpisúą Belmonte. „Kasujesz ich pamięć”. Te komórkowe puste tabliczki mogą wyrosnąć na dojrzałą, funkcjonującą komórkę lub taką, która nigdy nie rozwinie zdolności wykonywania wyznaczonego zadania. Może również stać się komórką rakową.

Dlatego myszy, które widziałem w laboratorium Izpisúa Belmonte, miały skłonność do kiełkujących guzów. Okazało się, że przeprogramowanie komórek rzeczywiście zaszło w ich ciałach, ale wyniki były zwykle śmiertelne.

Izpisúa Belmonte wierzył, że może być sposób na podanie myszom mniej śmiercionośnej dawki przeprogramowania. Zainspirowały go salamandry, które potrafią odrosnąć na ramieniu lub ogonie. Naukowcy nie ustalili jeszcze dokładnie, w jaki sposób robią to płazy, ale jedna z teorii głosi, że dzieje się to poprzez proces resetowania epigenetycznego podobny do tego, co osiągają czynniki Yamanaka, chociaż ma bardziej ograniczony zakres. W przypadku salamandrów ich komórki „po prostu cofają się trochę” w czasie, mówi Izpisúa Belmonte.

Czy to samo można zrobić z całym zwierzęciem? Czy można je wystarczająco odmłodzić?

W 2016 roku zespół opracował sposób na częściowe przewinięcie komórek myszy za pomocą progerii. Zmodyfikowali genetycznie myszy, aby wytwarzały czynniki Yamanaka w swoich ciałach, tak jak zrobili to hiszpańscy naukowcy; ale tym razem myszy produkowały te czynniki tylko w przypadku podania antybiotyku, doksycykliny.

W laboratorium Izpisúa Belmonte, niektórym myszom pozwolono pić wodę zawierającą doksycyklinę w sposób ciągły. W innym eksperymencie innym podawano ją tylko przez dwa dni na siedem. ” Kiedy podaje się im… doksycyklinę, zaczyna się ekspresja genów ”- wyjaśnia Reddy. „W momencie, gdy go usuniesz, ekspresja genów ustaje. Możesz ją łatwo włączyć lub wyłączyć.”

Myszy, które piły najwięcej, jak ta, którą pokazała mi Izpisúa Belmonte, szybko zmarły. Ale myszy, które wypiły ograniczoną dawkę, nie rozwinęły guzów. Zamiast tego stały się bardziej wytrzymałe fizycznie, ich nerki i śledziona pracowały lepiej, a ich serca pracowały mocniej.

W sumie myszy leczone również przeżyły 30% dłużej niż ich rówieśnicy. „To była korzyść” – mówi Izpisúa Belmonte. „Nie zabijamy myszy. Nie generujemy guzów, ale odmładzamy”.

Izpisúa Belmonte w pracy.

Christie Hemm Klok

Fontanna młodości

Kiedy Izpisúa Belmonte opublikował swój raport w czasopiśmie Cell, opisujący odmłodzonych Myszy, niektórym wydawało się, że Ponce de Leon w końcu dostrzegł fontannę młodości. „Myślę, że artykuł Izpisúi Belmonte obudził wiele osób” – mówi Michael West, dyrektor generalny AgeX, który stosuje podobną technologię odwracania procesu starzenia. „Nagle wszyscy liderzy w badaniach nad starzeniem się myślą:„ O mój Boże, to może zadziałać w ludzkim ciele ”.

Na Zachodzie technologia oferuje perspektywę, którą ludzie lubią salamandry mogą regenerować tkanki lub uszkodzone narządy. „Ludzie też mają tę zdolność, kiedy zaczynamy formować” – mówi. „Więc jeśli możemy obudzić te ścieżki… wow!”

Jednak dla innych dowody na odmłodzenie są wyraźnie w powijakach. Jan Vijg, kierownik wydziału genetyki w Albert Einstein College of Medicine w Miasto Nowy Jork twierdzi, że starzenie się składa się z „setek różnych procesów”, dla których proste rozwiązania są mało prawdopodobne. Teoretycznie, uważa, że nauka może „tworzyć procesy, które są tak potężne, że mogą zastąpić wszystkie inne”. Ale dodaje: „Nie wiemy tego teraz”.

Jeszcze szersza wątpliwość dotyczy tego, czy epigenetyczne zmiany, które Izpisúa Belmonte odwraca w swoim laboratorium, są naprawdę przyczyną starzenia się, czy tylko oznaką it – odpowiednik zmarszczek w starzejącej się skórze. Jeśli tak, kuracja Izpisúi Belmonte może być jak wygładzenie zmarszczek, efekt czysto kosmetyczny. „Nie mamy możliwości dowiedzenia się i naprawdę nie ma dowodów na to, że metylacja DNA powoduje starzenie się tych komórek” – mówi John Greally, inny profesor z Einsteina. Koncepcja, że „jeśli zmienię te metylacje DNA, będę wpływa na starzenie się ”, mówi,„ ma na sobie czerwone flagi.”

Jeszcze jedno fundamentalne pytanie wisi nad odkryciami Izpisúi Belmonte: chociaż udało mu się odmłodzić myszy za pomocą progerii, nie zrobił tego u normalnie starszych zwierząt. Progeria to choroba spowodowana pojedynczą mutacją DNA. Naturalne starzenie się jest znacznie bardziej złożone, mówi Vittorio Sebastiano, adiunkt w Stanford Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine. Czy technika odmładzania zadziała u zwierząt w wieku naturalnym i ludzkich komórek? Mówi, że dotychczasowe badania Izpisúi Belmonte pozostawiają to kluczowe pytanie bez odpowiedzi.

Zespół Izpisúi Belmonte pracuje nad odpowiedzią na nie. Trwają eksperymenty mające na celu odmłodzenie normalnych myszy. Ale ponieważ normalne myszy żyją nawet dwa i pół roku, podczas gdy te z progerią żyją trzy miesiące, zebranie dowodów zajmuje więcej czasu. „A jeśli będziemy musieli zmodyfikować jakiekolwiek warunki eksperymentalne”, mówi Reddy, „to cały cykl będzie musiał zostać powtórzony”.

Edycja wieku

Hurtowe odmładzanie nadal jest daleko, jeśli w ogóle nadejdzie. Ale bardziej ograniczone wersje tego, skierowane na określone choroby starzenia, mogą być dostępne w ciągu kilku lat.

Jeśli czynniki Yamanaka są jak broń rozproszona, która usuwa wszystkie epigenetyczne ślady związane ze starzeniem się, techniki obecnie opracowywane w Salku iw innych laboratoriach bardziej przypominają karabiny snajperskie. Celem jest umożliwienie naukowcom wyłączenia konkretnego genu powodującego chorobę lub włączenia innego genu, który może ją złagodzić.

Izpisúa Belmonte’s lab w Salk Institute.

Christie Hemm Klok

Hsin-Kai Liao i Fumiyuki Hatanaka spędzili cztery lata w laboratorium Izpisúa Belmonte, adaptując CRISPR-Cas9, słynny system „edycji” DNA, aby działał jako pokrętło regulacji głośności. Podczas gdy oryginalny CRISPR pozwala naukowcom wyeliminować niechciany gen, przystosowane narzędzie pozwala im pozostawić kod genetyczny nietknięty, ale określić, czy gen jest włączony czy wyłączony.

Laboratorium przetestowało to narzędzie na myszach z dystrofią mięśniową, które nie posiadają genu, który jest kluczowy dla utrzymania mięśni. Korzystając z edytora epigenomu, naukowcy zwiększyli wydajność innego genu, który może odgrywać rolę zastępczą. Myszy, które traktowali, radziły sobie lepiej w testach przyczepności, a ich mięśnie s „stało się znacznie większe” – wspomina Liao.

Inny tego rodzaju rezultat przyszedł spoza kampusu Salka, na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. Badacz Marcelo Wood twierdzi, że aktywacja pojedynczego genu u starych myszy poprawia ich pamięć w teście obejmującym poruszające się obiekty. „Przywróciliśmy tym zwierzętom funkcję pamięci długoterminowej” – mówi Wood, który opublikował wyniki w Nature Communications. Po usunięciu pojedynczego bloku epigenetycznego, mówi Wood, „geny pamięci – wszystkie się zapalają. Teraz to zwierzę doskonale koduje te informacje bezpośrednio w pamięci długotrwałej ”.

„Myślę, że cofnięcie zegara to właściwy sposób, aby to wyjaśnić”.

Podobnie naukowcy z Duke University opracowali epigenetyczną technikę edycji (jeszcze nie testowaną na zwierzętach), aby odrzucić objętość genu odpowiedzialnego za chorobę Parkinsona. Inny zespół Duke obniżył poziom cholesterolu u myszy, wyłączając gen, który go reguluje. Samo laboratorium Izpisúa Belmonte, a także eksperymenty z dystrofią mięśniową, pracowały nad złagodzeniem objawów cukrzycy, chorób nerek i utraty chrząstki kostnej, wszystkie przy użyciu podobnych metod.

Pierwsze testy tych technik na ludziach prawdopodobnie zostaną przeprowadzone w ciągu najbliższych kilku lat. Dwie firmy zajmujące się tą technologią to AgeX i Turn Biotechnologies, startup, którego współzałożycielem jest Sebastiano ze Stanford. AgeX, mówi dyrektor generalny Westa, chce skupić się na tkankach serca, podczas gdy Turn, według Sebasa tiano, zacznie od uzyskania zezwolenia na przetestowanie leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów i utraty mięśni związanej ze starzeniem.

W międzyczasie GenuCure, firma biotechnologiczna założona przez Ilira Dubovę, byłego badacza w Salku, zbiera fundusze na prowadzenie pomysł na odmłodzenie chrząstki. Firma ma „koktajl”, mówi Dubova, który będzie wstrzykiwany do torebki kolanowej osób z chorobą zwyrodnieniową stawów, być może raz lub dwa razy w roku. Takie leczenie mogłoby zastąpić kosztowne operacje wymiany kolana.

„Po wstrzyknięciu te… geny, które zostały wyciszone z powodu starzenia, zostałyby włączone dzięki naszym czarom i rozpoczęłyby proces odmładzania tkanki” – mówi Dubova. „Myślę, że cofnięcie czasu to właściwy sposób na wyjaśnienie tego.”

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *