Εμβρυικά βλαστοκύτταρα για την παραγωγή οστών και χόνδρων

Τα εμβρυικά βλαστοκύτταρα από καιρό αποτελούν αντικείμενο ενδιαφέροντος των βασικών επιστημόνων και ιδιαίτερα στον τομέα της μυοσκελετικής ιστικής μηχανικής (tissue engineering). Ο σκοπός των ερευνών είναι να δημιουργηθούν πιο ώριμες μορφές κυττάρων από τα εμβρυικά βλαστοκύτταρα και στην ιδανική περίπτωση οστεοβλάστες και χονδροβλάστες ώστε να είναι δυνατή η παραγωγή οστού και χόνδρου.

Εδώ προκύπτει μια σειρά από τεχνικά, βιολογικά αλλά και ηθικά προβλήματα που κατά καιρούς έχουν απασχολήσει την επιστημονική και την πολιτική επικαιρότητα.

Ξεκινώντας από τα τεχνικά προβλήματα, ένα μείζον ζήτημα είναι η προέλευση αυτών των κυττάρων. Θεωρητικά τα κύτταρα αυτά προέρχονται από την βλαστοκύστη, η οποία είναι ο πρώιμος προεμβρυικός σχηματισμός που προκύπτει από τις πρώτες διαιρέσεις του γονιμοποιημένου ωαρίου. Η βλαστοκύστη περιέχει τα πρώτα αυτά εμβρυικά κύτταρα τα οποία είναι πολυδύναμα - όρος που προσδιορίζει τη δυνατότητα να μετασχηματιστούν και να διαφοροποιηθούν σε όλες τις κυτταρικές σειρές του ανθρώπινου σώματος. Με άλλα λόγια να δημιουργήσουν κάθε όργανο του σώματος. Επίσης, τα εμβρυικά βλαστοκύτταρα έχουν ακόμα ένα χαρακτηριστικό: πολλαπλασιάζονται ακατάπαυστα ή τουλάχιστον μέχρι να υπάρξει ένα βιολογικό μήνυμα που θα σταματήσει τον πολλαπλασιασμό τους. Ο πολυδύναμος χαρακτήρας τους και η ακατάπαυστη πολλαπλασιαστική ικανότητά τους είναι ταυτόχρονα και το πλεονέκτημα αλλά και το μειονέκτημά τους για την επιστήμη.

Σε ότι αφορά τις βιολογικές προκλήσεις, δηλ. τις προκλήσεις στο εργαστήριο του βασικού επιστήμονα τα δύο προαναφερθέντα χαρακτηριστικά είναι τα σημαντικότερα ζητήματα που πρέπει να διαχειριστεί ο βιολόγος-γιατρός. Ο ακατάπαυστος πολλαπλασιασμός έχει το πλεονέκτημα ότι υπάρχει μια συνεχή πηγή κυττάρων ικανή να μας τροφοδοτεί συνεχώς με κύτταρα. Από την άλλη, το μειονέκτημα είναι ότι ο ακατάπαυστος πολλαπλασιασμός μπορεί να δημιουργήσει οργανικές μορφές που να θυμίζουν «όγκους».

Στη φυσιολογική εξέλιξη της βλαστοκύστης στη μήτρα κατά τη διάρκεια της κύησης, ένα σύνολο από ενδογενή και εξωγενή ερεθίσματα κοντρολάρουν την πολλαπλασιαστική ικανότητα των εμβρυικών κυττάρων, με μηχανισμούς όμως που σε πολύ μεγάλο βαθμό μας είναι απόλυτα άγνωστοι. Το δεύτερο πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο βιολόγος-γιατρός στο εργαστήριο είναι η απαράμιλλη ικανότητα των εμβρυικών κυττάρων να διαφοροποιούνται σε κάθε μορφή ιστού του ανθρώπινου σώματος. Και αυτό γίνεται υπό την επίδραση βιολογικών μηνυμάτων, τα οποία επίσης μας είναι εν πολλοίς άγνωστα. Για παράδειγμα, τα εμβρυικά κύτταρα εξελίσσονται σε ότι αφορά τη σπονδυλική στήλη, την καρδιά και τα νεφρά μέχρι ένα σημείο σε κοινή διαδρομή και ξαφνικά κάτω από την επίδραση συγκεκριμένων μοριακών μηνυμάτων κάποια από αυτά διαφοροποιούνται και σχηματίζουν τη σπονδυλική στήλη, κάποια άλλα τη καρδιά και κάποια άλλα τα νεφρά. Γι’ αυτό και βλάβες σ’ αυτή την κοινή διαδρομή μπορεί να δημιουργήσουν βλάβες συγχρόνως στα τρία αυτά συστήματα του ανθρώπινου σώματος που φαινομενικά μοιάζουν ασύνδετα μεταξύ τους. Έτσι για παράδειγμα τα παιδιά που γεννιούνται με συγγενή καρδιοπάθεια μπορεί να πάσχουν ταυτόχρονα από σκολίωση και από νεφρικές δυσπλασίες. Άρα ο έλεγχος της διαφοροποίησης των εμβρυικών κυττάρων είναι μια μεγάλη πρόκληση για τους ερευνητές.

Τέλος, γεννιούνται πολιτικά και ηθικά ζητήματα, καθώς η προέλευση των ανθρώπινων εμβρυικών κυττάρων είναι φυσικά από κυήσεις οι οποίες δεν ευδοκίμησαν και διακόπηκαν τεχνητά. Έτσι, πολλές φιλοσοφικές και θρησκευτικές θεωρίες έχουνε επιφυλάξεις για το κατά πόσο ηθικό είναι να γίνεται χρήση αυτών των κυττάρων. Από την άλλη βέβαια η πλειονότητα της επιστημονική κοινότητας μπροστά στο ενδεχόμενο να φτιάξει νέους ιστούς για μεταμοσχεύσεις για τον καρκίνο, το διαβήτη, το αλτσχάιμερ, για τις βλάβες του εγκεφάλου, τις βλάβες τις καρδιάς, για το μυοσκελετικό σύστημα και τους χόνδρους, αλλά και πιθανόν όργανα ολόκληρα, υποστηρίζει την πρόοδο αυτών των ερευνών.

Στα πλαίσια του παγκόσμιας αυτής προσπάθειας στον τομέα των εμβρυικών κυττάρων, η ελληνική ομάδα επιστημόνων στο Imperial, δημοσίευσε πρόσφατα στο έγκριτο περιοδικό PLoS ONE τα αποτελέσματα μια σημαντικής έρευνας πάνω στα εμβρυικά κύτταρα, με τίτλο «Improving Embryonic Stem Cell Expansion through the Combination of Perfusion and Bioprocess Model Design» (Yeo D, Kiparissides A, Cha JM, Aguilar-Gallardo C, Polak JM, Tsiridis E, Pistikopoulos EN, Mantalaris A.).

Οι ερευνητές μελέτησαν τη συμπεριφορά των εμβρυικών κυττάρων έξω από το ανθρώπινο σώμα, στο τεχνητό περιβάλλον του βιοαντιδραστήρα, που είναι ουσιαστικά μια προσομοίωση του μικροπεριβάλλοντος του ανθρώπινου ιστού. Ο βιοαντιδραστήρας είναι μια συσκευή η οποία ανταλλάσει με το κύτταρο οξυγόνο, θρεπτικές ουσίες, αλλά συγχρόνως δίνει και κάποια ερεθίσματα ώστε τα εμβρυικά κύτταρα να διαφοροποιούνται προς την κατεύθυνση που επιθυμούμε, είτε με τη χρήση χημικών ουσιών, ή μηχανικών εφαρμογών ή συγκεκριμένων πρωτεϊνικών μορίων. Η ερευνητική ομάδα κατόρθωσε επίσης να αναπτύξει ένα μαθηματικό μοντέλο το οποίο περιγράφει τη συμπεριφορά των εμβρυικών κυττάρων μέσα στον βιοαντιδραστήρα και συγχρόνως προβλέπει με αυτό τον τρόπο την συμπεριφορά τους. Η αξία αυτής της προσέγγισης είναι ότι για πρώτη φορά σχηματοποιείται με μαθηματικό τρόπο η βιολογική συμπεριφορά των εμβρυικών κυττάρων μέσα στον βιοαντιδραστήρα. Η μελέτη θα βοηθήσει μελλοντικά την ίδια ή άλλες ερευνητικές ομάδες παγκόσμια, να προβλέπουν τις συνθήκες παρόμοιων πειραμάτων και έτσι να μπορούν να περάσουν στο επόμενο στάδιο που είναι ο έλεγχος της διαφοροποίησης των εμβρυικών κυττάρων.

Η ομάδα από το Imperial, με επικεφαλής τους καθηγητές κ.κ. Στ. Πιστικόπουλο και Α. Μανταλάρη, έχει σημαντική προηγούμενη εμπειρία με δημοσιεύσεις στον ίδιο ερευνητικό τομέα, ένα δε από τα μεγάλα δημοσιευμένα αποτελέσματά της είναι η δυνατότητα που ανέπτυξαν να εγκλείουν εμβρυικά βλαστοκύτταρα μέσα σε κάψουλες hydrogel. Αυτό δίνει τη δυνατότητα τα εμβρυικά κύτταρα να παραμένουν στην περιοχή όπου επιθυμεί ο επιστήμονας. Η ερευνητική ομάδα έχει επιτύχει τη βιωσιμότητα των εμβρυικών βλαστοκυττάρων μέσα στα hydrogel.

Οι προσπάθειες στον πολύ ευαίσθητο αυτό τομέα συνεχίζονται και με την ελπίδα ότι οι ελληνικές επιστημονικές ομάδες μπορούν να συνεργάζονται με τις ομάδες του εξωτερικού υπάρχει σοβαρή πιθανότητα στο μέλλον και η χώρα μας να αναδείξει αποτελέσματα στον τομέα της μυοσκελετικής ιστικής μηχανικής.