Στο Εργαστήριο Φυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών οι ερευνητές μελετούν τη βιολογία των βλαστικών κυττάρων, με έμφαση στην κατανόηση των μηχανισμών που ελέγχουν την αυτοανανέωση και τη διαφοροποίηση βλαστικών κυττάρων του νευρικού συστήματος. Πέρα από τη μελέτη των παθογενετικών μηχανισμών ανθρώπινων ασθενειών, η ομάδα στοχεύει και στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών μεθόδων. Για το ερευνητικό τους έργο μιλά στο «Πρίσμα» και στη Λήδα Αρνέλλου ο δρ Σταύρος Ταραβήρας, καθηγητής της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών και υπεύθυνος του εργαστηρίου.
Ποιο είναι το αντικείμενο μελέτης του εργαστηρίου σας;
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος κατά τη γέννηση διαθέτει περίπου 100 δισεκατομμύρια διαφοροποιημένα νευρικά κύτταρα, τα οποία δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης από έναν μικρό πληθυσμό κυττάρων που καλούνται νευρικά βλαστικά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια της ενδομήτριας ζωής, υπολογίζεται ότι τα νευρικά βλαστικά κύτταρα δημιουργούν διαφοροποιημένους νευρώνες με έναν ρυθμό που υπολογίζεται σε 250.000 νέα νευρικά κύτταρα ανά λεπτό.
Η ερευνητική μας ομάδα μελετά τον τρόπο με τον οποίο τα νευρικά βλαστικά κύτταρα «χτίζουν» το νευρικό σύστημα κατά την ανάπτυξη, καθώς και τη συνεισφορά τους στη διατήρηση της ομοιόστασης κατά την ενήλικη ζωή. Προσπαθούμε να κατανοήσουμε τους μοριακούς μηχανισμούς μέσω των οποίων ο μικρός πληθυσμός των νευρικών βλαστικών κυττάρων μπορεί να αναπαράγεται και να διατηρείται σε μη διαφοροποιημένη κατάσταση με μια διαδικασία που καλείται αυτοανανέωση, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να δίνει γένεση σε έναν εξαιρετικά μεγάλο αριθμό λειτουργικά εξειδικευμένων νευρικών κυττάρων. Η κατανόηση των βασικών μηχανισμών των νευρικών βλαστικών κυττάρων πιστεύεται ότι θα βοηθήσει τις προσπάθειες ανάπτυξης αποτελεσματικότερων θεραπειών κυτταρικής υποκατάστασης.
Επιπλέον, στοχεύουμε στη μελέτη των μηχανισμών μέσω των οποίων η απορρύθμιση της αυτοανανέωσης και της διαφοροποίησης των νευρικών βλαστικών κυττάρων οδηγεί στην εμφάνιση αναπτυξιακών νευρολογικών ασθενειών, όπως η υδροκεφαλία και η μικροκεφαλία, καθώς και οι νευροπάθειες του εντέρου, όπως είναι η νόσος του Hirschprung. Η κατανόηση μηχανισμών που ελέγχουν βασικές λειτουργίες των νευρικών βλαστικών κυττάρων, όπως η κυτταρική διαίρεση και η έναρξη της διαφοροποίησης, θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε το μοριακό υπόβαθρο των παραπάνω ασθενειών και ενδεχομένως να προτείνουμε αποτελεσματικότερες θεραπείες.
Ποια είναι η μεθοδολογία που χρησιμοποιείτε;
Στο εργαστήριό μας έχουμε δημιουργήσει και μελετάμε γονιδιακά τροποποιημένα ζωικά μοντέλα τα οποία μιμούνται ανθρώπινες ασθένειες. Με αυτό τον τρόπο τα ευρήματά μας αντικατοπτρίζουν σε μεγάλο βαθμό τους αντίστοιχους παθογενετικούς μηχανισμούς στον άνθρωπο.
Επιπλέον, μπορούμε να απομονώνουμε τα νευρικά βλαστικά κύτταρα και να τα καλλιεργούμε στο εργαστήριο, ενώ χρησιμοποιώντας τεχνικές εξελιγμένης μικροσκοπίας είμαστε σε θέση να παρατηρούμε βήμα-βήμα τη διαδικασία διαφοροποίησης των βλαστικών κυττάρων προς τον επιθυμητό κυτταρικό τύπο. Επίσης, ως ένα αρχικό βήμα για την εύρεση νέων κυτταρικών θεραπειών, πραγματοποιούμε μεταμοσχεύσεις γενετικά τροποποιημένων νευρικών βλαστικών κυττάρων σε ζωικά μοντέλα που μιμούνται νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Πάρκινσον, προκειμένου να διαπιστώσουμε εάν είναι εφικτή η δημιουργία νέων νευρώνων και η επιτυχής ενσωμάτωσή τους στον ενήλικο εγκέφαλο.
Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των βλαστοκυττάρων και γιατί συγκεντρώνουν το έντονο ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας;
Τα βλαστικά κύτταρα έχουν την ικανότητα να διαφοροποιούνται σε διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους λαμβάνοντας τα κατάλληλα ερεθίσματα. Η ικανότητά τους αυτή αναμένεται να βρει εφαρμογή σε θεραπείες αναγεννητικής ιατρικής που έχουν ως στόχο την αντικατάσταση κυττάρων που έχουν καταστραφεί εξαιτίας μιας ασθένειας, όπως συμβαίνει για παράδειγμα στη νόσο του Πάρκινσον, στον διαβήτη κ.λπ.
Επιπλέον, οι μέθοδοι κυτταρικού επαναπρογραμματισμού και η δημιουργία τρισδιάστατων οργανοειδών, αλλά και των πρόσφατων δυνατοτήτων τροποποίησης του γονιδιώματος ενός κυττάρου προσφέρουν πολύ μεγάλες προοπτικές στις θεραπείες αναγεννητικής ιατρικής για το μέλλον.
Υπάρχουν ευρήματα που θεωρείτε πως παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον;
Οι «αποφάσεις» για διαίρεση και διαφοροποίηση πρέπει να είναι προσεκτικά σχεδιασμένες διότι η παραμικρή διατάραξη αυτής της ισορροπίας μπορεί να έχει βλαβερές συνέπειες τόσο για το συγκεκριμένο όργανο, όσο και για ολόκληρο τον οργανισμό.
Στο εργαστήριό μας μελετάμε μόρια σημαντικά τόσο για τη διαφοροποίηση των νευρικών βλαστικών κυττάρων όσο και για τη ρύθμιση της κυτταρικής τους διαίρεσης. Για παράδειγμα, έχουμε δημιουργήσει ζωικά μοντέλα στα οποία η απαλοιφή ενός γονιδίου κατά τα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης του εμβρύου οδηγεί σε έναν ιδιαίτερα βαρύ φαινότυπο μικροκεφαλίας λόγω αυξημένης καταστροφής του γονιδιώματος των νευρικών βλαστικών κυττάρων. Αντίθετα, αν η απαλοιφή του εν λόγω γονιδίου πραγματοποιηθεί σε νευρικά βλαστικά κύτταρα μεταγενέστερων αναπτυξιακών σταδίων, τότε οι επιπτώσεις αυτής της τροποποίησης είναι πολύ πιο ήπιες και δεν επηρεάζουν τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου.
Πιστεύουμε ότι αυτή η ευαισθησία των πρώιμων νευρικών βλαστικών κυττάρων μπορεί να ερμηνεύσει την ευαισθησία του νευρικού συστήματος κατά τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης και προσπαθούμε να κατανοήσουμε την αιτία αυτής της διαφοράς μεταξύ των «πρώιμων» και «όψιμων» νευρικών βλαστικών κυττάρων.
Ποιες πρακτικές εφαρμογές σχετικές με την υγεία του ανθρώπου συνδέονται με την έρευνά σας;
Τα βλαστικά κύτταρα συμβάλλουν στη δημιουργία του οργανισμού κατά την εμβρυογένεση και στη διατήρηση της ομοιόστασης κατά την ενήλικη ζωή, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δεξαμενή κυττάρων για την επιδιόρθωση βλαβών.
Οι μελέτες μας εστιάζονται στην κατανόηση βασικών λειτουργιών των νευρικών βλαστικών κυττάρων. Πιστεύουμε ότι αυτές οι μελέτες θα βοηθήσουν τη χρησιμοποίηση των βλαστικών κυττάρων για θεραπευτικούς σκοπούς.
Επίσης, τα ζωικά μοντέλα για ανθρώπινες ασθένειες που έχουμε δημιουργήσει συνεισφέρουν στην κατανόηση παθογενετικών μηχανισμών των ανθρώπινων ασθενειών αλλά και στην εύρεση νέων θεραπειών. Με αυτό τον τρόπο θα καταφέρουμε να προσδιορίσουμε μόρια-«κλειδιά», τα οποία θα μας οδηγήσουν στην πραγματική αιτία των συγκεκριμένων αναπτυξιακών συνδρόμων που μελετάμε και ελπίζουμε πως αυτή η γνώση θα επιτρέψει τον σχεδιασμό στοχευμένων και αποτελεσματικότερων θεραπευτικών προσεγγίσεων.
Λήδα Αρνέλλου
