Een aangepaste versie van de iPS-methodologie, genaamd onderbroken herprogrammering, zorgt voor een zeer gecontroleerde, mogelijk veiliger, en een meer kosteneffectieve strategie voor het genereren van voorlopercellen uit volwassen cellen. Zoals aangetoond op 30 november in het tijdschrift Stamcelrapporten , onderzoekers in Canada hebben de luchtwegcellen van volwassen muizen, Club-cellen genaamd, omgezet in grote, pure populaties van geïnduceerde progenitor-achtige (iPL) cellen, die een restgeheugen van hun ouderlijke celafstamming behielden en daarom specifiek rijpe Club-cellen genereerden. Bovendien, deze cellen toonden potentieel als celvervangingstherapie bij muizen met cystische fibrose.

"Een belangrijke blokkade op het kritieke pad van regeneratieve geneeskunde is het gebrek aan geschikte cellen om de functie te herstellen of schade te herstellen, " zegt mede-senior auteur Tom Waddell, een thoracaal chirurg aan de Universiteit van Toronto. "Onze aanpak begint met het zuiveren van het celtype dat we willen en het vervolgens te manipuleren om die celtypes kenmerken van voorlopercellen te geven, die snel kunnen groeien, maar slechts een paar celtypen produceren. Als zodanig, het is veel directer, sneller, en de partijen cellen zijn meer gezuiverd."

In recente jaren, geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS) hebben veel belangstelling gewekt als een potentieel onbeperkte bron van verschillende celtypen voor transplantatie. Deze methode omvat het genetisch herprogrammeren van huidcellen van volwassen donoren tot een embryonale stamcelachtige staat, deze onrijpe cellen tot grote aantallen laten groeien, en ze vervolgens om te zetten in gespecialiseerde celtypen die in verschillende delen van het lichaam worden aangetroffen. Een groot voordeel van deze aanpak is de mogelijkheid om patiëntspecifieke iPS-cellen te genereren voor transplantatie, waardoor het risico op schadelijke immuunreacties wordt geminimaliseerd.

Ondanks aanzienlijke vooruitgang, deze protocollen blijven beperkt door lage opbrengst en zuiverheid van de gewenste volwassen celtypes, evenals het potentieel van onrijpe cellen om tumoren te vormen. Bovendien, er is geen gestandaardiseerde aanpak die van toepassing is op alle celtypen, en de ontwikkeling van gepersonaliseerde therapieën op basis van van de patiënt afgeleide pluripotente cellen blijft erg duur en tijdrovend. "We hebben jarenlang celtherapie voor longziekten nagestreefd, ", zegt Waddell. "Een belangrijk punt is hoe je het juiste type cellen krijgt en veel ervan. Om afwijzing te voorkomen, we moeten cellen van de daadwerkelijke patiënt gebruiken."

Om deze problemen aan te pakken, Waddell en co-senior studie auteur Andras Nagy van Mount Sinai Hospital ontwikkelden een onderbroken herprogrammeringsstrategie, dat is een aangepaste versie van de iPS-methodologie. De onderzoekers begonnen met het genetisch herprogrammeren van volwassen Club-cellen geïsoleerd uit muizen, tijdelijk de vier iPS-herprogrammeringsfactoren uitdrukken, maar onderbrak het proces vroegtijdig, alvorens de pluripotente staat te bereiken, om voorlopercellen te genereren, die meer toegewijd zijn aan een specifieke afstamming en een meer gecontroleerde proliferatie vertonen dan pluripotente cellen.

"Het herprogrammeringsproces werd eerder beschouwd als een alles-of-niets-proces, " zegt Waddell. "We waren verrast in de mate dat het kan worden verfijnd door de timing en dosering van het medicijn dat wordt gebruikt om de herprogrammeringsfactoren te activeren. Dat is interessant omdat het veel mogelijkheden biedt voor controle, maar het betekent wel dat we veel werk te doen hebben om het goed te krijgen."

De onderzoekers toonden aan dat de resulterende Club-iPL-cellen aanleiding kunnen geven tot niet alleen Club-cellen, maar ook aan andere luchtwegcellen zoals slijmafscheidende slijmbekercellen en trilhaarepitheelcellen die het CFTR-eiwit produceren, die gemuteerd is bij patiënten met cystische fibrose. Toen de Club-iPL-cellen werden toegediend aan CFTR-deficiënte muizen, de cellen werden opgenomen in weefsel dat de luchtwegen bekleedt en herstelden gedeeltelijk de CFTR-niveaus in de longen zonder tumorvorming te veroorzaken. Deze technologie kan in theorie worden toegepast op bijna elk celtype dat kan worden geïsoleerd en gezuiverd, en isolatie van sterk gezuiverde populaties volwassen cellen uit de meeste organen is al mogelijk met bestaande technieken.

"Om gespecialiseerde celtypen te maken voor gebruik in celtherapie, hoeven we alleen de genen in te voegen (of niet-transgene benaderingen te gebruiken) en vervolgens de medicijndosis en timing te testen die nodig zijn voor elk celtype en elke patiënt, het moet dus relatief schaalbaar zijn tegen lage kosten in vergelijking met andere benaderingen waarbij de eigen cellen van elke patiënt worden gebruikt, " zegt Waddell. "Het zou voor andere laboratoria heel gemakkelijk moeten zijn om een ​​vergelijkbare aanpak te gebruiken."

Volgens de auteurs is de aanpak kan worden gebruikt voor een verscheidenheid aan regeneratieve geneeskundepraktijken, inclusief celvervangingstherapie, ziekte modellering, en het screenen van geneesmiddelen op ziekten bij de mens. Maar er is nog een lange weg te gaan voor klinische vertaling. Voor hun eigen deel, de onderzoekers zijn van plan deze aanpak te testen met andere celtypes, inclusief menselijke cellen. Ze zullen ook proberen te bepalen of er veilige manieren zijn om deze cellen in menselijke longen te enten. "De studie is een proof of principle, de manier waarop dit concept uiteindelijk bij mensen kan worden gebruikt, kan verschillen, en het zal vele jaren duren voordat dit bij mensen zal worden geprobeerd, ' zegt Waddell.