למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר עליהם.

neurogenesis קליפתיים: מעבר מן ההתקדמות מעבדה כדי cell טיפולים מבוססי

Cortical Neurogenesis: Transitioning from Advances in the Laboratory to Cell-Based Therapies

Neurogenesis קליפתיים: מעבר מן ההתקדמות מעבדה כדי Cell טיפולים מבוססי

שמי ארנולד קריקשטיין. אני המנהל של המכון לרפואה רגנרטיבית כאן ב-UCSF, ותחום העניין שלי הוא נוירוביולוגיה התפתחותית. באופן ספציפי, אנו מעוניינים מאוד בשלבים המוקדמים של התפתחות קליפת המוח, ובחננו תאי גזע ותאי אב עצביים תוך כדי לימוד האופן שבו הם מייצרים נוירונים, וכיצד נוירונים אלו נודדים ומתחילים ליצור מעגלים בתוך המוח המתפתח, ובמיוחד בקליפת המוח.ובכן, אני סבור שהופעת האלקטרופורציה בעובר (in utero Electroporation) הייתה אחת מהטכנולוגיות המשנות שהוכנסו על ידי SDO ועמיתיו בכל הנוגע לחקר השלבים המוקדמים של התפתחות המוח, כיוון שהיא מאפשרת לבצע ניסויי הגברה (gain of function) והפחתה (loss of function) של תפקוד עבור מגוון רחב של גנים. ניתן לעשות זאת בצורה פשוטה יחסית על ידי הכנסת הגנים הללו ישירות לתאי הגזע והפרוגניטורים העצביים היוצרים נוירונים במהלך ההתפתחות הקורטיקלית המוקדמת. הטכניקה כוללת למעשה הזרקה פשוטה של DNA בצורת פלסמיד לתוך הפרוזנקיולות (cerebral ventricles) בבעל חיים בשלב עוברי, ולאחר מכן הפעלת זרם חשמלי קצר הדוחף את הפלסמידים הללו אל התאים המצפים את הפרוזנקיולות, שהם תאי ה-radial glial והתאים הנוירו-אפיתליים, אשר מייצרים לאחר מכן נוירונים ובסופו של דבר תאי גליה.וזה יכול לכלול שימוש ב-siRNAs (RNA מפריע קצר) שיכולים להוביל לוויסות פחות (down regulate) או להשתקה (knock down) של ביטוי גנים מסוימים, או שניתן לבצע ביטוי יתר (overexpress) ישיר של תוצרי גנים מסוימים. שני סדרות ניסויים אלו בוחנות השפעות משלימות על המוח המתפתח. המולקולות המטרה יכולות לכלול כמעט כל דבר המעורב בשלבים מוקדמים של התפתחות המוח, או אפילו בשלבים מאוחרים יותר של התפתחות סינפטית או הבשלה.להופעתה של טכניקה זו כבר הייתה השפעה מרבית על מחקרים של המוח המתפתח, והיא מבטיחה להשפיע אף יותר בעתיד הקרוב. התאים המצפים את הפרונטריקול (ventricle) ואלו שבסופו של דבר יוצרים את כל הנוירונים ואת התאים הגליאליים במוח, מתחילים כתאי נוירו-אפיתל. אך בערך בזמן שהנוירונים מתחילים להתפתח, הם הופכים או מתחילים להשתנות לסוג של תא גליאלי הידוע כתא גליאלי רדיאלי.הם יוצרים מגעים ייעודיים עם כלי דם והם מנחים את נדירתן של נוירונים צעירים. ובערך באותו זמן הם מתחילים לבצע סדרה מעניינת של סוגי חלוקות שונים. הם מבצעים סוג של חלוקת תא מקור סימטרית כאשר הם מייצרים עותקים נוספים של עצמם, כלומר מייצרים שני תאי רדיו-גליאל בכל פעם שהם מתחלקים.הם גם מבצעים חלוקות נוירוגניות אסימטריות שבהן הם מתחלקים ומתחדשים, ומייצרים עם כל מחזור תא תא בת שהופך לנוירון. אך מתברר שהם מבצעים גם סוג שלישי ומעניין מאוד של חלוקה, שהיא אסימטרית במובן זה שתאי הבת שונים. אחד הוא תא רדיאל-גליאלי שהתחדש, והשני הופך לסוג אחר של תא פרוגניטור.אנו מגדירים זאת כפרוגניטור ביניים (intermediate progenitor) הנודד הרחק מהחדר ולאחר מכן מתחלק בדרך כלל באזור פרוליפרטיבי שונה הידוע כסובב-חדרי (sub ventricular zone). שיטת האלקטרופורציה ברחם (in utero electroporation) היא דרך נוחה להחדרת DNA להשתקה (knockdown) או לביטוי יתר (overexpression) אל תאי הרדיאל-גליה (radio glial cells) במהלך השלבים שבהם הם מבצעים את סוגי החלוקות השונים הללו. השתמשנו גם ברטרו-וירוס המבטא חלבון פלואורסצנטי ירוק כסמן שושלת, כדרך להזרקת סמן רטרו-וירוס זה לתוך החדרים באותם גילאים, ולאחר מכן נוכל לעקוב אחר גורלם של אותם תאים המסומנים באופן פרטני בעודם מתחלקים ומייצרים שיבוטים (clones) של תאי בת.ובעזרת דימוי בשיטת צילום רצף (time lapse) שאנו מבצעים בתרביות פרוסות, נוכל לעקוב אחר הגורל הסופי של תאים אלו בעודם נודדים אל הקורטקס. בעוד שבמשך זמן מה נחשב כי האזור הוונטריקולרי (Ventricular zone) הוא המקור העיקרי לנוירוגנזה במוח המתפתח, האזור הסוב-וונטריקולרי (sub ventricular zone) הפך, לפחות בעובר, למקור מוערך יותר ויותר לכמויות ניכרות של נוירוגנזה. מה שמצאנו הוא שבסוב-וונטריקולרי, הפרוגניטורים הביניים, שבעצמם נובעים מתאי רדיוגליליה באזור הוונטריקולרי, נודדים לשם ומתחלקים באופן סימטרי, בין אם כדי לייצר פרוגניטורים ביניים נוספים בתהליך של התחדשות עצמית, ובין אם בחלוקה טרמינלית סימטרית כדי לייצר זוגות של נוירונים שנודדים לאחר מכן אל הקורטקס.אם כן, נראה כי האזור הסוב-וונטריקולרי (sub ventricular zone) הוא אזור חשוב ומעניין מאוד של נוירוגנזה במוח העוברי או המפתח. בנוסף, נראה כי תאי פרוגניטור ביניים אלה, בעודם שוהים באזור הסוב-וונטריקולרי, הופכים לתאים מולטיפולריים ובעלי יכולת לנוע באופן טנגנציאלי בתוך אותו אזור. דבר זה עשוי להסביר את פיזור שיבוטי התאים שנצפה במחקרים קודמים, למשל על ידי Walsh ו-S Cepco לפני זמן מה בקורטקס המפתח, תוך שימוש ברטרו-וירוסים לסימון גורלם של תאים אלו.ובכן, לדוגמה, ישנם מספר גנים מעניינים שמתברר כי הם מעורבים בנוירוגנזה או בנדידה נוירונלית. במעבדה שלנו חקרנו את חלבוני הצמידים (gap junction proteins), החיבורים העומדים בבסיס ההיווצרות של תעלות צמידים מוכרות. אך באופן מעניין, גילינו כי התאים הנודדים לאורך סיבים רדיאליים למעשה משתמשים בצמידים אלו לא כתעלות לתקשורת, אלא כמשכי סיבוב (adhesion molecules) כדי לאפשר פיזית לנוירונים ולאותם תאים נודדים להיצמד לסיבים הרדיאליים.ומחקרים אלו בוצעו למעשה באמצעות siRNAs שהשתיקו את הביטוי של קשרים ספציפיים. לדוגמה, קשר 43, אשר מבוטא באופן גבוה מאוד על ידי radio glia וגם על ידי הנוירונים הבתים שלהם ותאי הפרוגניטור הביניים שלהם. רבות מהןש נקראות תאי גזע בוגרים המופקים מהמוח העוברי הן, למעשה, ככל הנראה תאי radio glia שניתן להרחיב בתרבית כאשר הם מטופלים בגורמי גדילה מתאימים, כגון BFGF לדוגמה.אך בנוסף לתאי ה-radial glia הללו, ייתכן שתאי הפרוגניטור הביניים יתגלו כמטרה מעניינת מאוד למחקר תאי גזע, כיוון שאנו מאמינים שהם למעשה מייצרים נוירונים מסוג תא מוגבל מאוד. לפיכך, אם אסטרטגיה כלשהי תכלול, למשל, יצירה של מספרים גדולים של סוג תאי עצב ספציפי מאוד, הרי שהיכולת לזהות ולבודד את תאי הפרוגניטור הביניים האחראים ליצירת אותו סוג תא מסוים תהיה כנראה גישה טובה בהרבה מאשר, למשל, יצירת מספרים מורחבים של תאי radial glia, שעלולים לייצר מגוון רחב של סוגי תאים שונים. למעשה, במחקרים שבוצעו in vitro, כאשר מרחיבים שורות של תאי גזע עובריים ואז מייצרים נוירונים בודדים ממקורות תאי גזע עובריים אלו, נראה שרוב השורות הללו עוברות שלב שעשוי להיות אף שלב חובה, אפיתליאלי או דמוי radial glia, לפני יצירת הנוירונים בפועל.כך למשל, הפרוטוקולים שבהם השתמש אוסטין סמית' (Austin Smith) כדי לייצר נוירונים או תאי גזע עצביים דומים מאוד לתאי radio glia. הם עוברים נדידה גרעינית קינטית, מבטאים גורמי שעתוק וסממנים של תאי radio glia, ומייצרים נוירונים ואסטרוציטים באופן דומה מאוד לאופן שבו תאי radio glia פועלים.באופן דומה, לורן סר ואחרים השתמשו בתאי גזע עובריים אנושיים ומצאו שהם יוצרים רוזטות, מעין הרכבה עצמית למבנה מסוג נוירו-אפיתליאל, in vitro, לפני יצירת נוירונים בפועל. ושוב, רוזטות אלו מורכבות מתאים שנראים מאוד כמו תאי רדיאל גליה. לכן, אני סבור שהרעיון שתאי רדיאל גליה אלו הם סוג של תאי גזע עצביים נתמך על ידי סוג זה של ראיות in vitro.לפיכך, עוד לפני תחילת הנוירוגנזה, כבר מתרחש תבניט אזורי לאורך אזור המערכות (ventricular zone) בכל הפרונטריקלים ולמעשה לאורך כל חוט השדרה. הגנים המבניטים הללו, המבטאים עצמם באזורים ספציפיים, ככל הנראה כבר מגבילים את הגורל של תאי הבת המיוצרים שם. כך למשל, אם ברצונכם להפיק תאי פירמידה מעוררים, התאי הגליאל הרדיאלי הקורטיקלי הדורסלי יפיקו את סוג התא הזה; אם תרצו להפיק אינטר-נוירונים, ייתכן שתצטרכו להשתמש בתאים מה-ganglion eminence, שכן הם אלה שמפיקים את האינטר-נוירונים, או אולי אוליגודנדרוציטים וכן הלאה.לפיכך, אם האסטרטגיה שלכם במחקר תאי גזע, במונחים של טיפול במחלה, כוללת יצירה של מספר רב של תאים מסוג מסוים של נוירון עיכוב (interneuron) או סוג מסוים של תא הקרנה מעורר (excitatory projection cell), הרי שמחקרי התפתחות שמתחילים לחשוף את ההבדלים בין נוירוגנזה לבין אזורי מוח נבדלים אלה, יספקו ככל הנראה רמזים שיוכלו לשמש בסופו של דבר לתכנון אסטרטגיות להרחבת נוירונים של סוג תא ספציפי, למשל עבור טיפולים בתאי החלפה. המונחים "התחדשות" או "רפואה רגנרטיבית" מרמזים למעשה על היכולת להנשים איברים מחדש, ואני סבור שרוב הציבור תופס תאי גזע כשיטה להחלפת תאים ורקמות פגועות.אך למעשה, אני סבור שהטיפולים הראשונים שצפויים להיווצר ממחקרי תאי גזע יעשו שימוש בתאי גזע בדרכים אחרות, ואולי יצירתיות יותר. לדוגמה, שימוש במחקר תאי גזע ובמעבדה המאפשרים לסנן תרופות באמצעות שיטות של סריקה רחבה (high throughput), תוך מידול מחלות באמצעות תאים אנושיים במקום, נניח, תאי עכבר במעבדה. ובכל הנוגע לטיפולים תאיים, אני חושב שזה ישמש במידה רבה, למעשה אני חושב שזה כבר התחיל להתרחש, ככלי להובלה; לדוגמה, ניצול יכולתם של תאי גזע מסוימים לנדוד לאזורי פגיעה או מחלה ולהוביל מטען, בין אם זה גן, תוצר של גן, אנזים חסר וכן הלאה.אני סבור שהיישום שאינו כרוך בשילוב של התאים במבני איברים קיימים הוא יעד קל יותר להשגה. וייתכן שחלק מהדוגמאות המוקדמות לטיפולים תאיים יעשו שימוש בגישה זו במקום בהחלפת תאים ממשית. ובכן, ההגבלות הפדרליות הנוכחיות על השימוש בכספי ה-NIH עבור כל דבר מלבד מספר קטן של תאי גזע עובריים אנושיים יצרו השפעה מרתיעה משמעותית על התחום.זה הרחיק חלק מהחוקרים הצעירים מהתחום ומנע מאחרים לבחון בפועל את התועלת הפוטנציאלית של תאי גזע עובריים אלה במעבדה. נעשו ניסיונות לנסות ולהקל על ההגבלות הללו. כפי שמרבית הצופים שלכם כנראה יודעים, הנשיא השתמש בזכות הוטו נגד הצעת חוק אחת וסליחה, הוא עומד להטיל וטו על אחת נוספת.תקוותנו היא שהמדיניות הזו תשתנה ויהיה ניתן להשתמש במימון של ה-NIH כדי לחקור מגוון רחב של שורות תאי גזע שפותחו לאחרונה, שרבות מהן בעלות יתרונות על פני אותן שורות מקוריות שנוצרו לפני שנת 2001. אך גם אם האיסור על המימון יסוף, סביר להניח שזה לא יוביל מיד, לפחות, להגדלה של המימון לסוג זה של מחקר. ומכיוון שהצעת חוק זו, למשל, שהוגשה בקונגרס, אינה הצעת חוק למימון או להקצאת תקציבים, תהיה לה השפעה במונחים של הפיכת העבודה של חוקרים כמונו לקלה יותר, על ידי שילוב עבודה עם שורות המוגדרות כמאושרות וכבלתי מאושרות באותו מרחב מחקר, באותה מעבדה, תוך שימוש באותו ציוד או שיתוף בחלק מאותם משאבים.כל זה יהווה שיפור משמעותי, אך לא סביר שזה יוביל לזרימה גדולה של תמיכה ממשית בדמות תקציבי מחקר עבור פעילויות מסוג זה. למטרה זו, אני חושב שנצטרך להמשיך להסתמך על מקורות פרטיים, כולל מימון מדינתי, אשר כאן בקליפורניה מהווה ממש ברכה לחוקרים בתחום תאי הגזע. בנוסף לקליפורניה, מדינות אחרות כמו ניו יורק, קונטיקט ומסצ'וסטס נוקטות בגישה דומה ובקרוב יממנו יוזמות מדינתיות משלהן למחקר תאי גזע.ואני סבור שזה יהיה מנוע חשוב להנעת המחקר בתחום זה בעתיד הנראה לעין, ללא קשר לשאלה אם מדיניות ה-NIH תשתנה בקרוב או לא.

Neurogenesis קליפתיים: מעבר מן ההתקדמות מעבדה כדי Cell טיפולים מבוססי

במאמר זה

גילויים

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות