Ερευνητές στην Κίνα παρουσίασαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Cell, μια πρωτοποριακή τεχνική μεταφοράς σε κύτταρα-«στόχους» υγιών μιτοχονδρίων, αυτών των μικροσκοπικών «εργοστασίων» των κυττάρων που κρατάνε τον οργανισμό μας ζωντανό, αλλάζοντας σοβαρά το παιχνίδι στη σύγχρονη αναγεννητική ιατρική.
«Η δημοσίευση ανήκει σε εκείνη τη σπάνια κατηγορία εργασιών που δεν βελτιώνουν απλώς μια τεχνική, αλλά προτείνουν μια νέα βιοϊατρική «λογική»: την ιδέα της “θεραπείας οργανιδίων”. Μιλάμε για μια τεχνολογία που οι ίδιοι οι συγγραφείς αποκαλούν «οργανιδιακή θεραπεία» — θεραπεία που δεν στοχεύει σε γονίδια ή πρωτεΐνες, αλλά στα ίδια τα οργανίδια του κυττάρου», σχολιάζει στο Dnews ο Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας Συστημάτων στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Κρήτης και Διευθυντής Ερευνών στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ, Νεκτάριος Ταβερναράκης και συνεχίζει:
«Η εργασία δεν απαντά απλώς στο ερώτημα αν μπορούμε να μεταφέρουμε μιτοχόνδρια σε άλλα κύτταρα, αλλά στο πιο ουσιαστικό: αν μπορούμε να επανεκκινήσουμε τον μιτοχονδριακό μεταβολισμό ενέργειας ενός κυττάρου. Η απάντηση φαίνεται να είναι «ναι, υπό προϋποθέσεις». Το επόμενο ερώτημα είναι πιο δύσκολο: πόσο ελεγχόμενη μπορεί να γίνει αυτή η επανεκκίνηση σε έναν ολόκληρο οργανισμό;».
Οι μιτοχονδριακές ασθένειες που επηρεάζουν περίπου 1 στους 5.000 ανθρώπους παγκοσμίως αντιπροσωπεύουν μια μοναδική κατηγορία γενετικών διαταραχών που μπορούν να προκύψουν είτε από ελαττώματα στα γονίδια του πυρήνα που κωδικοποιούν τις μιτοχονδριακές πρωτεΐνες, είτε από μεταλλαγές στο μιτοχονδριακό DNA (mtDNA). Μέχρι σήμερα, οι θεραπευτικές επιλογές περιορίζονται κυρίως στη διαχείριση των συμπτωμάτων, χωρίς να διορθώνουν τη δυσλειτουργία των μιτοχονδρίων, η οποία συνδέεται επίσης με τη γήρανση, τη νόσο Αλτσχάιμερ και τον διαβήτη.
Η θεραπεία μιτοχονδριακής υποκατάστασης μέσω εξωσωματικής γονιμοποίησης που μεταφέρει τον πυρήνα του κυττάρου ο οποίος περιέχει DNA από το ωάριο μιας μητέρας σε ένα ωάριο δότριας με υγιή μιτοχόνδρια, προλαμβάνει ορισμένες κληρονομικές παθήσεις σε νεογνά, αλλά δεν είναι ευρέως εφαρμόσιμη και δεν βοηθά ασθενείς που ήδη πάσχουν.
Η ιδέα δεν είναι καινούργια
Ερευνητές έχουν εξετάσει επίμονα στο παρελθόν το ενδεχόμενο μεταμόσχευσης μιτοχονδρίων με μια ένεση υγιών οργανιδίων σε μυς ή σε άλλους ιστούς. Προκαταρκτική κλινική εργασία σε παιδιά με ορισμένα καρδιακά προβλήματα υπέδειξε ότι η προσέγγιση είναι ασφαλής, ενώ μια άλλη μελέτη έδειξε ότι αυξάνει τη διάρκεια ζωής σε ποντίκια με μιτοχονδριακή νόσο. Ωστόσο, παραμένει ένα τεράστιο εμπόδιο: τα μιτοχόνδρια δεν “μπαίνουν” εύκολα στα κύτταρα και συχνά καταστρέφονται στη διαδρομή. Με απλά λόγια, η απόδοση είναι κάτω από 5%, σχεδόν ασήμαντη.
Και εδώ έρχεται η νέα τεχνική που το αλλάζει αυτό ριζικά. Ο κυτταρικός βιολόγος Xingguo Liu των Ινστιτούτων Βιοϊατρικής και Υγείας της Γκουανγκζού στη Ν. Κίνα και οι συνεργάτες του πήραν μεμβράνες από ερυθρά αιμοσφαίρια και τις χρησιμοποίησαν σαν φυσικές “κάψουλες” για να εγκλωβίσουν μέσα υγιή μιτοχόνδρια. Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία μικροσκοπικών σωματιδίων περίπου 1 μικρομέτρου σε μέγεθος, δηλαδή τόσο μικρών όσο χρειάζεται για να περάσουν απαρατήρητα από την άμυνα του κυττάρου, αλλά αρκετά “έξυπνων” για να κάνουν τη δουλειά τους.
Και εκεί σημειώθηκε η πραγματική ανατροπή: η επιτυχία μεταφοράς μιτοχονδρίων σε καλλιεργημένα κύτταρα φτάνει περίπου στο 80%. Καθεμία από τις κάψουλες, που μεταφέρει αξιόπιστα τις μίνι-γεννήτριες ενέργειας στα κύτταρα-«στόχους», φέρει ένα μόνο οργανίδιο το οποίο όχι μόνο εισχωρεί στο κύτταρο, αλλά συγχωνεύεται με το υφιστάμενο μιτοχονδριακό του δίκτυο και συνεχίζει να λειτουργεί κανονικά, σαν να ήταν πάντα εκεί.
«Δεν πρόκειται δηλαδή απλά για μια μεταφορά, αλλά για μια πραγματική ενσωμάτωση. Αυτό είναι και το εντυπωσιακό. Τα μεταμοσχευμένα μιτοχόνδρια συντήκονται πλήρως με το ενδογενές δίκτυο μέσα σε 48 ώρες. Μάλιστα φτάνουν να αποτελούν έως και ~70% του mtDNA σε κύτταρα μέσα σε λίγες ημέρες. Και – αυτό είναι κρίσιμο – παραμένουν λειτουργικά. Ακόμη πιο εντυπωσιακή όμως είναι διάσωση νευρώνων και κινητικής λειτουργίας σε ζωικά μοντέλα Πάρκινσον. Η μεταμόσχευση μιτοχονδρίων δεν επιβράδυνε απλώς την εξέλιξη της νόσου, αλλά επανέφερε τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες, αποκατέστησε την κινητική λειτουργία και διατήρησε αυτές τις επιδράσεις για τουλάχιστον τρεις μήνες. Στα ποντίκια με σύνδρομο Leigh, μια θανατηφόρα μιτοχονδριακή νόσο, η διάμεση επιβίωση αυξήθηκε από 48,5 σε 74 ημέρες», σημειώνει ο καθηγητής Ταβερναράκης.
Σύμφωνα με τη μελέτη, τα δεδομένα δείχνουν παρουσία mtDNA του δότη για τουλάχιστον 7–21 ημέρες σε κυτταρικά μοντέλα, καθώς και λειτουργική βελτίωση σε ζώα που διαρκεί έως 3 μήνες.
«Αυτό υποδηλώνει ημι-σταθερή ενσωμάτωση, όχι απαραίτητα μόνιμη. Πρακτικά, πιθανόν πρόκειται για “βιολογικό reset” και όχι για οριστική διόρθωση. Σε κλινικό επίπεδο ίσως απαιτούνται επαναλαμβανόμενες θεραπείες, όπως γίνεται και σε άλλες γονιδιακές ή κυτταρικές παρεμβάσεις», εκτιμά ο διακεκριμένος επιστήμονας.
Παράλληλα, η χρήση «μικροκαψουλών» με ένα μόνο μιτοχόνδριο φαίνεται να αποτελεί πλεονέκτημα, παρά περιορισμό:
«Παραδόξως, μοιάζει περισσότερο με στρατηγικό πλεονέκτημα γιατί επιτρέπει ακριβέστερο έλεγχο δόσης και μειώνει τον κίνδυνο μαζικής αποδόμησης και ανοσολογικής αντίδρασης. Μία μεγάλη ‘κάψουλα’ με πολλαπλά μιτοχόνδρια θα δυσκολευόταν να διαπεράσει κυτταρικές μεμβράνες ή τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Επίσης διευκολύνει τη διασπορά στο υπάρχον μιτοχονδριακό δίκτυο και τη σταδιακή σύντηξη. Τέλος, είναι πιο κοντά σε “μοριακή μικροδοσολογία” παρά σε μαζική μεταμόσχευση».
Πολλά τα ερωτήματα
Παρά τα εντυπωσιακά αποτελέσματα της νέας μεθόδου, οι επιστήμονες παραμένουν επιφυλακτικοί. Δεν είναι ακόμη σαφές πώς ακριβώς λειτουργεί ο μηχανισμός, αν τα μεταμοσχευμένα μιτοχόνδρια θα παραμείνουν υγιή μακροπρόθεσμα, αν υπάρχει κίνδυνος ασυμβατότητας μεταξύ του DNA των μιτοχονδρίων και του οργανισμού ή αν υπάρχει πιθανότητα να επηρεάσουν τη συνολική ισορροπία του κυττάρου με απρόβλεπτο τρόπο.
«Θεωρητικά υπάρχει», παρεμβαίνει ο καθηγητής «και εδώ βρίσκεται ένα από τα πιο λεπτά σημεία. Το μιτοχονδριακό δίκτυο λειτουργεί ως δυναμικό σύστημα (fusion–fission equilibrium). Η εισαγωγή νέων μιτοχονδρίων αλλάζει την ετεροπλασμία (heteroplasmy), επηρεάζει την αναλογία μεταλλαγμένου/φυσιολογικού mtDNA και πιθανόν τροποποιεί σηματοδοτικά μονοπάτια (μεταβολική ρύθμιση, απόπτωση, κλπ.) Ωστόσο, τα δεδομένα της μελέτης δείχνουν ότι το κύτταρο “απορροφά” ομαλά αυτή την παρέμβαση και η λειτουργία επανέρχεται όταν το ποσοστό υγιούς mtDNA περάσει ένα κρίσιμο όριο. Το ανοιχτό ερώτημα βέβαια είναι τι γίνεται σε πιο πολύπλοκους ιστούς ή μακροχρόνια;»
Υπάρχει άραγε και κάποιο “όριο” στον αριθμό των μιτοχονδρίων που μπορεί να δεχτεί ένα κύτταρο πριν διαταραχθεί η λειτουργία του;
«Δεν δίνονται στοιχεία στη δημοσιευμένη μελέτη για να απαντηθεί το ερώτημα αυτό, αλλά είναι πιθανό να υπάρχει. Η υπερβολική αύξηση των μιτοχονδρίων θα μπορούσε να διαταράξει, τη μεταβολική ισορροπία, την παραγωγή ελευθέρων ριζών οξυγόνου (ROS) και μηχανισμούς μιτοφαγίας. Το κύτταρο διαθέτει μηχανισμούς ποιοτικού ελέγχου, κυρίως μέσω της μιτοφαγίας, η οποία αποδομεί τα “κακά” μιτοχόνδρια. Ο ίδιος μηχανισμός θα μπορούσε να “αναγνωρίσει” τα εξωγενή ως “ξένα” και να τα καταστρέψει, γεγονός που θα εξηγούσε τη μερική βραχυπρόθεσμη απώλεια της αποτελεσματικότητας που παρατηρείται. Η ίδια η μελέτη δείχνει ότι η λειτουργία αποκαθίσταται όταν επιτευχθεί μια νέα ισορροπία, όχι απεριόριστη αύξηση. Άρα, υπάρχει πιθανότατα ένα λειτουργικό όριο, έστω και αν αυτό δεν έχει καθοριστεί/ποσοτικοποιηθεί», προσθέτει ο Έλληνας επιστήμονας.
Το ανοσοποιητικό σύστημα και η ισορροπία του mtDNA αποτελούν επίσης κρίσιμους παράγοντες. Μια πιθανή λύση είναι η χρήση μιτοχονδρίων από τον ίδιο τον ασθενή, ώστε να μειωθεί ο κίνδυνος απόρριψης, ενώ μελλοντικές εκδόσεις της τεχνικής θα μπορούσαν να στοχεύουν συγκεκριμένα κύτταρα ή όργανα, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα και μειώνοντας το κόστος.
«Η μελέτη πάντως δείχνει καθαρά συνεργασία μιτοχονδρίων μέσω της σύντηξης (fusion). Τα κύτταρα λειτουργούν φυσιολογικά εφόσον το ποσοστό μεταλλαγμένου mtDNA παραμένει κάτω από ένα κρίσιμο σημείο. Η προσθήκη υγιών μιτοχονδρίων μετατοπίζει αυτή την ισορροπία θετικά, χωρίς να χρειαστεί να “εξοντωθεί” το παθολογικό mtDNA. Ωστόσο, σε επίπεδο πληθυσμού mtDNA υπάρχει εγγενής ανταγωνισμός αντιγραφής. Διαφορετικά mtDNA μπορεί να έχουν διαφορετική ‘αντιγραφική/αναπαραγωγική ικανότητα’. Αυτό ανοίγει ένα σημαντικό ερώτημα: μήπως στο μέλλον θα μπορούν να επιλέγονται ‘υπερ-ανταγωνιστικά’ μιτοχόνδρια για τέτοιου είδους παρεμβάσεις;», διερωτάται ο κ. Ταβερναράκης, ο οποίος κάνει λόγο και για όρια στη δυνατότητα «διάσωσης» ενός κυττάρου:
«Είναι σχεδόν βέβαιο. Αν το κύτταρο έχει ήδη ενεργοποιήσει απόπτωση ή νέκρωση, ή έχει υποστεί μη αναστρέψιμη βλάβη σε πυρηνικό DNA ή κυτταρικές δομές τότε η εισαγωγή μιτοχονδρίων δεν αρκεί. Η επιτυχία της μελέτης βασίζεται σε μοντέλα όπου τα κύτταρα είναι λειτουργικά αλλά ενεργειακά ελλειμματικά λόγω προβλήματος στα μιτοχόνδρια, όχι ήδη καταδικασμένα».
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει τώρα κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους, οι οποίες δεν θα περιλάβουν αρχικά ασθενείς με Πάρκινσον. Αν η τεχνική αποδειχθεί ασφαλής και αποτελεσματική, θα μπορούσε να ανοίξει έναν νέο δρόμο για θεραπείες που δεν αντιμετωπίζουν απλώς τα συμπτώματα, αλλά «επαναφορτίζουν» τα κύτταρα από μέσα.
Ο καθηγητής Ταβερναράκης εκτιμά πως η τεχνολογία θα μπορούσε θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί και για μεταβολική ενίσχυση (π.χ. αυξημένη παραγωγή ATP), βελτίωση αντοχής ή νευρωνικής λειτουργίας, ή ακόμα και για παρεμβάσεις «αντιγήρανσης» σε μη νοσούντα άτομα.
«Η αθλητική κοινότητα έχει ήδη προϊστορία με ντόπινγκ που στοχεύει στο μιτοχονδριακό σύστημα (EPO, αυτόλογη μετάγγιση αίματος, AICAR, κλπ.). Μια τεχνολογία που επιτρέπει άμεση ενίσχυση του μιτοχονδριακού πληθυσμού θα αποτελούσε πειρασμό και για ευρύτερες χρήσεις βιοενίσχυσης (biohacking) που ξεπερνούν τα εργαστηριακά όρια. Ωστόσο, τα εμπόδια για κάτι τέτοιο είναι σημαντικά και αφορούν την πολυπλοκότητα ρύθμισης του μιτοχονδριακού δικτύου, τις απρόβλεπτες συστημικές επιδράσεις και τα βιοηθικά και ρυθμιστικά πλαίσια. Παρόλα αυτά, όπως συνέβη με τη γονιδιακή θεραπεία, η μετάβαση από θεραπεία σε ενίσχυση είναι ένα ρεαλιστικό σενάριο».
Για τα εκατομμύρια ασθενείς με μιτοχονδριακές παθήσεις που σήμερα δεν έχουν καμία αιτιολογική θεραπεία, η συγκεκριμένη μελέτη αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα βήματα τα τελευταία χρόνια στον τομέα της κυτταρικής ιατρικής, εκτιμά ο Έλληνας επιστήμονας.
«Αποδεικνύει, για πρώτη φορά ότι η “οργανιδιακή θεραπεία” δεν είναι μελλοντολογία, είναι βιολογία που δουλεύει σήμερα!», καταλήγει.
