במחקר שיתופי, חוקרים מאוניברסיטת קיושו ומבית הספר לרפואה של הרווארד זיהו חלבונים שיכולים להפוך או "לתכנת" פיברובלסטים -; התאים הנפוצים ביותר בעור וברקמת החיבור -; לתוך תאים בעלי תכונות דומות לתאי אבות גפיים. מפרסם ב תא התפתחותיממצאי החוקרים שיפרו את ההבנה שלנו לגבי התפתחות הגפיים והכנו את הקרקע לטיפול רגנרטיבי בעתיד.
בעולם, קרוב ל-60 מיליון אנשים חיים עם אובדן גפיים. קטיעה יכולה לנבוע ממצבים רפואיים שונים כגון גידולים, זיהומים ומומים מולדים, או עקב טראומה מתאונות תעשייתיות, תאונות דרכים ואסונות טבע כגון רעידות אדמה. אנשים עם פציעות בגפיים מסתמכים לרוב על חומרים סינתטיים ותותבות מתכת, אך חוקרים רבים חוקרים את תהליך התפתחות הגפיים, במטרה לקרב את הטיפול התחדשותי, או החלפת רקמות טבעית, צעד אחד יותר כטיפול פוטנציאלי.
"במהלך התפתחות הגפה בעובר, תאי אבות גפיים בניצן הגפה יוצרים את רוב רקמות הגפיים השונות, כגון עצם, שריר, סחוס וגיד. לכן חשוב להקים דרך קלה ונגישה לייצור תאים אלו", מסביר ד"ר יוג'י אטסוטה, חוקר ראשי שהחל להתמודד עם הפרויקט הזה בבית הספר לרפואה בהרווארד וממשיך אותו כמרצה בבית הספר למדעים לתואר שני באוניברסיטת קיושו.
נכון להיום, דרך נפוצה להשיג תאי אבות גפיים היא ישירות מעוברים, מה שבמקרה של עוברים אנושיים מעורר חששות אתיים. לחלופין, הם יכולים להיעשות באמצעות תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים -; תאים בוגרים אשר מתוכנתים מחדש למצב דמוי עוברי, ואשר מאוחר יותר ניתן לשדל אותם לסוגי רקמה ספציפיים. השיטה החדשה שפותחה על ידי Atsuta ועמיתיו, שמתכנתת מחדש ישירות תאי פיברובלסט לתאי אבות גפיים ועוקפת תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים, מפשטת את התהליך ומפחיתה עלויות. זה גם מפחית את החשש שתאים הופכים לסרטניים, המתרחשת לעתים קרובות עם תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים.
בשלב הראשוני של המחקר, החוקרים בדקו אילו גנים באו לידי ביטוי בניצני הגפיים המוקדמים בעכברים ובעוברי תרנגולות. כמעט כל התאים בגוף, כולל פיברובלסטים ותאי אבות גפיים, מכילים DNA גנומי זהה, אך התכונות והתפקודים השונים של כל סוג תא מופיעים במהלך ההתפתחות עקב שינויים בביטוי הגנים (במילים אחרות, אילו גנים פעילים, ואילו חלבונים מיוצרים על ידי התא). אחת הדרכים שבהן ביטוי גנים נשלט בתאים היא על ידי חלבונים ספציפיים, הנקראים גורמי שעתוק.
קבוצת המחקר זיהתה 18 גנים, בעיקר גורמי שעתוק, שבאים לידי ביטוי גבוה יותר בניצן הגפה המוקדם בהשוואה לרקמות אחרות. הם התרבו פיברובלסטים מעוברי עכברים והחדירו את 18 הגנים הללו לפיברובלסטים באמצעות וקטורים ויראליים כך שהתאים ייצרו את 18 גורמי החלבון הללו. הם גילו שהפיברובלסטים המותאמים קיבלו את התכונות והראו ביטוי גנים דומה לתאי אבות גפיים הקיימים באופן טבעי שנמצאו בניצני הגפיים.
לאחר מכן, במהלך סדרת ניסויים, החוקרים צמצמו את בחירתם וקבעו שרק שלושה גורמי חלבון חיוניים לתכנות מחדש של פיברובלסטים של עכברים לתאים דמויי אב גפיים: Prdm16, Zbtb16, ו Lin28a. חלבון רביעי, Lin41, עזר לתאי אבות הגפיים התרבותיים לגדול ולהתרבות מהר יותר.
החוקרים לא רק אישרו שלתאי אבות הגפיים שתוכנתו מחדש יש ביטוי גנים דומה לתאי אבות גפיים טבעיים, אלא גם בעלי יכולת דומה. "התאים המתוכנתים האלה הם לא רק חיקויים מולקולריים; אישרנו את הפוטנציאל שלהם להתפתח לרקמות גפיים מיוחדות, גם במנות מעבדה (במבחנה) וגם באורגניזמים חיים (in vivo)", אומר אטסוטה. "הבדיקה in vivo הייתה מאתגרת במיוחד, שכן היינו צריכים להשתיל את תאי העכבר שתוכנתו מחדש לתוך ניצני הגפיים של עוברי תרנגולות."
בניסויים אלה השתמשו החוקרים בנגיפים לנטיים, שמחדירים גנים ישירות לגנום של התאים הנגועים, מה שמעלה את הסיכון שהתאים עלולים להפוך לסרטן. במקום זאת, הצוות שוקל וקטורים בטוחים אחרים, כגון וירוסים או פלסמידים הקשורים לאנו, המספקים גנים לתאים מבלי להחדיר גנים לגנום.
קבוצת המעבדה של Atsuta מנסה כעת ליישם שיטה זו על תאים אנושיים, ליישומים טיפוליים עתידיים, וגם על נחשים, שלאבותיהם היו גפיים שאבדו לאחר מכן במהלך האבולוציה.
"מעניין, תאי אבות הגפיים שתוכנתו מחדש יצרו אורגנואידים דמויי ניצני גפיים, כך שנראה שניתן ליצור רקמות גפיים במינים שכבר אינם מחזיקים בהם. חקר נחשים חסרי גפיים יכול לחשוף מסלולים וידע חדשים בביולוגיה התפתחותית".
