Oamenii de ştiinţă au făcut o descoperire importantă: schimbarea sursei de energie a celulelor stem duce la formarea unor „super celule”, cu abilităţi şi potenţial de dezvoltare îmbunătăţite. Acest progres deschide noi perspective pentru tratamentele de fertilitate şi medicina regenerativă, promiţând soluţii inovatoare pentru multiple afecţiuni.
Astfel, un studiu realizat de cercetătorii de la Universitatea din Copenhaga, Danemarca, arată cum schimbarea sursei de energie a celulelor modifică dramatic identitatea şi abilităţile acestora.
Echipa a descoperit că schimbarea sursei de energie a celulelor stem de la glucoză la galactoză creează „super celule stem”, cu capacităţi amplificate şi un potenţial de evoluţie superior.
Schimbarea metabolică a declanşat o cascadă de modificări moleculare care au reprogramat fundamental celulele, activând sirtuinele - o familie de proteine de semnalizare implicate în reglarea metabolică. Acestea îmbunătăţesc modul în care celulele reglează expresia genelor, creând un „raport semnal-zgomot” mai bun în ADN-ul celular, similar cu mecanismele implicate în procesul de îmbătrânire.
Cercetarea are aplicaţii promiţătoare în tratamentele de fertilitate şi medicina regenerativă, cu potenţial de a îmbunătăţi ratele de succes ale fertilizării in vitro (FIV) şi de a dezvolta tratamente pentru afecţiuni precum boala Parkinson.
„Am demonstrat că, prin schimbarea dietei lor, celulele stem se pot întineri şi pot deveni ‘super celule stem’. Această schimbare le obligă să îşi metabolizeze energia într-un mod diferit faţă de normal, iar acest proces reconfigurează esenţial celulele”, afirmă Robert Bone, autor principal, asistent universitar la Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW).
Echipa din Copenhaga a realizat această descoperire înlocuind glucoza cu galactoza în mediul de cultură al celulelor stem embrionare de şoarece. Această substituţie simplă a forţat celulele să se bazeze mai mult pe fosforilarea oxidativă decât pe glicoliză pentru producerea de energie.
„Remarcabil este faptul că aceste celule nu doar prezintă o eficienţă mai mare în aptitudinea de a se transformare în tipuri celulare distincte, ci îşi menţin starea şi sănătatea mult mai bine pe termen lung, comparativ cu celulele stem în condiţii standard de cultură. Şi totul se realizează printr-o metodă relativ simplă”, adaugă Joshua Brickman, autorul corespondent şi profesor la reNEW.
Această schimbare metabolică a activat proteine numite sirtuine care îndepărtează etichete chimice atât de pe histone (proteine în jurul cărora se înfăşoară ADN-ul), cât şi de pe factorii de transcripţie (proteine care controlează activitatea genelor). Rezultatul a fost crearea aşa-numitelor „Enhanced Metabolic Embryonic Stem Cells” (EMESCs), care au depăşit performanţele celulelor stem embrionare obişnuite.
Când au fost injectate în embrioni de şoarece în dezvoltare, aceste celule îmbunătăţite metabolic au contribuit mai eficient la formarea diverselor tipuri de ţesuturi şi au demonstrat o capacitate mai mare de a se dezvolta atât în ţesuturi embrionare, cât şi extra-embrionare, demonstrând, astfel, o abilitate crescută de evoluţie şi specializare celulară.
O proteină numită SOX2, esenţială pentru menţinerea proprietăţilor celulelor stem, a funcţionat mult mai eficient în aceste celule modificate metabolic.
Sirtuinele activate au îndepărtat etichete chimice de pe regiuni specifice ale proteinei SOX2, permiţându-i să se lege mai puternic de ADN şi să activeze genele necesare pentru menţinerea stării îmbunătăţite a celulelor stem.
Cum pot fi folosite „super celulele stem”?
Procesul metabolic creat prin această schimbare metabolică îmbunătăţeşte ceea ce cercetătorii numesc „raportul semnal-zgomot” în ADN-ul celular. Această schimbare face ca ADN-ul să fie mai dens ambalat în zonele cu informaţii genetice redundante, în timp ce instrucţiunile importante devin mai accesibile.
Cercetătorii compară situaţia cu o conversaţie într-un restaurant zgomotos cu alte persoane, care nu ne pot auzi nu doar pentru că nu vorbim suficient de tare, ci şi pentru că zgomotul de fond este prea puternic. Celulele stem îmbătrânite experimentează o luptă similară în a-şi interpreta propriul genom.
O aplicaţie deosebit de promiţătoare ar putea fi în tratamentele de fertilitate.
„Unul dintre lucrurile pe care ‘super celulele stem’ par să le facă mai bine este generarea unui tip de celule care formează sacul vitelin. Cercetările anterioare au arătat că formarea sacului vitelin în embrionii cultivaţi in vitro este foarte importantă pentru capacitatea lor de implantare şi succesul sarcinilor”, explică Bone.
Dincolo de tratamentele de fertilitate, cercetătorii văd aplicaţii potenţiale în medicina regenerativă.
Dispunând acum o metodă simplă de întinerire a celulelor, echipa îşi propune să investigheze cum ar putea funcţiona această abordare pentru diferite tipuri de celule. Ei îşi propun, de exemplu, să revitalizeze celulele hepatice sau cardiace pentru a trata pacienţi cu insuficienţă cardiacă congestivă sau ciroză hepatică, şi de asemenea, speră să poată folosi această metodă pentru a regenera celule îmbătrânite şi a trata boli precum Parkinson, osteoporoza sau diabetul.
Studiul a fost realizat pe celule stem embrionare de şoarece, astfel încât descoperirile pot să nu se aplice identic la celulele umane.
Cercetarea, publicată pe 25 aprilie în The EMBO Journal, a fost susţinută de Uniunea Europeană şi mai multe fundaţii, inclusiv Lundbeck Foundation, Independent Research Fund Denmark şi Danish National Research Foundation.
