Αντί επιλόγου: Με το βλέμμα στο μέλλον – γονιδιακή θεραπεία και μεταμόσχευση βλαστοκυττάρων στην αντιμετώπιση της νευροαισθητήριας βαρηκοΐας

Το κλειδί για τη μελλοντική θεραπεία της νευροαισθητήριας βαρηκοΐας βρίσκεται στην αποκατάσταση της φυσιολογικής λειτουργίας των έσω τριχωτών κυττάρων, είτε μέσα από την αναγέννηση του φυσιολογικώς τελικά διαφοροποιημένου ωτικού επιθηλίου είτε έπειτα από μεταμόσχευση αρχέγονων κυττάρων (stem cells), τα οποία στη συνέχεια θα μπορούσαν να διαφοροποιηθούν σε τριχωτά.

Γράφει ο
Δρ Πέτρος Β. Βλασταράκος
MD, MSc, PhD, IDO-HNS (Eng.)
Χειρουργός Ωτορινολαρυγγολόγος
Επιμελητής ΩΡΛ Κλινικής ΜΗΤΕΡΑ

Σε ό,τι αφορά την πρώτη διαδικασία θα πρέπει να σημειωθεί ότι η τελική μίτωση στο έσω ους ελέγχεται σε μοριακό επίπεδο από την έκφραση του p27kip1 αναστολέα κινάσης. Η ρύθμιση του p27kip1 κατά τη φάση της μεταγραφής είναι ο βασικός καθοριστής του τελικού αριθμού των προγονικών κυττάρων των τριχωτών, αλλά και των υποστηρικτικών κυττάρων. Έτσι, η απελευθέρωση από τον επαγόμενο από τον p27kip1 κυτταρικό κύκλο θα μπορούσε να επιτρέψει τον πολλαπλασιασμό των υποστηρικτικών κυττάρων στον πλήρως σχηματισμένο οργανισμό. Η χορήγηση αυξητικών παραγόντων επίσης θα μπορούσε να επάγει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, αλλά και διαφοροποίηση.

Από την άλλη, ο παράγοντας ρύθμισης της μεταγραφής Math1 έχει αποδειχτεί ικανός και αναγκαίος για την παραγωγή αισθητικών κυττάρων του ωτικού επιθηλίου. Υπάρχουν στοιχεία ότι ο Math1 μπορεί να συμβάλει στην αποκατάσταση της φυσιολογικής αρχιτεκτονικής του οργάνου του Corti μέσω μεταμόρφωσης μη αισθητικών κυττάρων σε τριχωτά οδηγώντας σε κλινικά μετρήσιμη βελτίωση του ακουστικού ουδού.

Η μεταμεταγραφική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω RNAi προσέφερε ακόμη ένα μηχανισμό στοχευμένης θεραπείας του έσω ωτός στο μοριακό επίπεδο. Το βασικό πλεονέκτημά της είναι ότι αποτελεί τμήμα μιας φυσιολογικής και διατηρημένης κατά την εξέλιξη διαδικασίας, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στοχευμένα για τον περιορισμό της έκφρασης συγκεκριμένων γονιδίων, σε φάση τόσο έρευνας, όσο και κλινικών εφαρμογών.

Σε ό,τι αφορά τη μεταμόσχευση αρχέγονων βλαστοκυττάρων για την αποκατάσταση του ωτικού επιθηλίου, τρία κυρίως είδη θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν: τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, βλαστοκύτταρα και αρχέγονα κύτταρα από το ίδιο το όργανο-στόχο, δηλαδή το έσω ους, καθώς και βλαστοκύτταρα άλλης ιστικής προέλευσης, όπως επαχθέντα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, νευρικά βλαστοκύτταρα, ή βλαστοκύτταρα του αιμοποιητικού ιστού.

• Το βασικό χαρακτηριστικό των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων είναι το γεγονός ότι είναι πολυδύναμα (pluripotent) και μπορούν θεωρητικά να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε άλλο κύτταρο του οργανισμού. Σε ό,τι αφορά το έσω αφτί, η ιδιότητά τους αυτή οδήγησε στο σχηματισμό προγονικών κυττάρων του ακουστικού επιθηλίου στο εργαστήριο. Έχει παρατηρηθεί επίσης ότι οι νευρώνες από τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα μπορούν δυνητικά να σχηματίσουν συνάψεις και να οδηγήσουν σε επανανεύρωση το ακουστικό επιθήλιο. Ωστόσο, τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα δεν έχουν αποδειχτεί ικανά να σχηματίσουν τελικά ώριμα τριχωτά κύτταρα.
• Σε ό,τι αφορά τα βλαστοκύτταρα και αρχέγονα κύτταρα που προέρχονται από το έσω ους, το πλεονέκτημά τους συνίσταται στη λειτουργική τους σχέση και συνάφεια με τον κοχλία, που θα μπορούσε να συμβάλει στην αποκατάσταση τόσο των τριχωτών κυττάρων όσο και των νευρώνων του ακουστικού νεύρου.
• Τα νευρικά βλαστοκύτταρα είναι μεν επαχθέντα πολυδύναμα (multipotent), αλλά μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε άλλο κύτταρο νευρικής προέλευσης κύτταρο του οργανισμού. Η μεταμόσχευση αυτών των κυττάρων στο έσω ους έχει ως αποτέλεσμα την επιβίωση και τη μετανάστευσή τους προς λειτουργικά χρήσιμες δομές, όπως και την απόκτηση φαινοτύπων έσω και έξω τριχωτών κυττάρων. Δυστυχώς όμως η επιβίωση των κυττάρων αυτών στο έσω ους μειώνεται δραματικά μετά την παρέλευση λίγων ημερών. Ανάλογες ικανότητες διαφοροποίησης έχουν επιδείξει και βλαστοκύτταρα του μυελού των οστών, τα οποία πέραν της διαφοροποίησης και μετανάστευσής τους σε κοχλίες που έχουν υποστεί βλάβη, έχουν και το θεωρητικό πλεονέκτημα της μη διέγερσης του ανοσοποιητικού, αφού είναι αυτόλογα μοσχεύματα. Τέλος, τα επαχθέντα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια ανεξάντλητη πηγή βλαστοκυττάρων για την αποκατάσταση του έσω ωτός, χωρίς η χρησιμοποίησή τους να προκαλεί τους ηθικούς προβληματισμούς που σχετίζονται με τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Πράγματι, τέτοια κύτταρα κατέστη δυνατό να διαφοροποιηθούν σε νευρικά και νευρογλοιακά κύτταρα. Παρά ταύτα η χρήση ρετροϊών για την παραγωγή τους προκαλεί προβληματισμό, που σχετίζεται με τον κίνδυνο σχηματισμού όγκου στο λήπτη, λόγω των ογκογονιδίων που υπάρχουν στο γονιδίωμα των συγκεκριμένων ιών.

Βέβαια, όπως και σε κάθε άλλη περίπτωση μεταμόσχευσης, είναι βασικό να επιλυθούν θέματα που αφορούν πιθανή ανοσοαπόρριψη προτού επιχειρηθεί η αντιμετώπιση της νευροαισθητήριας βαρηκοΐας με βλαστοκύτταρα. Φαίνεται πάντως ότι το έσω ους των θηλαστικών δεν απορρίπτει το μεταμοσχευμένο νευρικό ιστό (τουλάχιστον αυτόν που βρίσκεται σε πολύ αρχικά στάδια διαφοροποίησης). Επιπροσθέτως, ανάλογη ανοσολογική CανοχήE έχει παρατηρηθεί και σε άλλα ευγενή όργανα, όπως ο εγκέφαλος και ο οφθαλμός. Σε κάθε περίπτωση η χρήση αυτόλογων μοσχευμάτων, όπως τα επαχθέντα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα και τα βλαστοκύτταρα του μυελού των οστών, μπορεί να επιλύσει τα σχετιζόμενα με την ιστοσυμβατότητα ζητήματα.

Τα ζητήματα βιοηθικής

Τέλος, ανακύπτουν και ορισμένα ζητήματα βιοηθικής όταν αναφερόμαστε σε γονιδιακή θεραπεία με χρήση διαφόρων ιικών οχημάτων ή επαναπρογραματισμό σωματικών κυττάρων με χρήση ρετροϊών για τη δημιουργία επαχθέντων πολυδύναμων βλαστοκυττάρων. Αυτά σχετίζονται με τη θεωρητική πιθανότητα γενετικά τροποποιημένο ανθρώπινο DNA να μεταφερθεί στις μελλοντικές γενεές. Περαιτέρω, η γονιδιακή θεραπεία θα μπορούσε να μετατραπεί σε γονιδιακό σχεδιασμό για την ενίσχυση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών και τον αποκλεισμό άλλων. Και αυτό θα μπορούσε να εξαλείψει ίσως συγκεκριμένες ασθένειες από τη μια, να μειώσει όμως τη γενετική πολυμορφία των ανθρώπων. Ρεαλιστικά, πάντως, το έσω αφτί είναι ένα σχετικά κλειστό σύστημα, γεγονός που καθιστά απίθανο τον επηρεασμό του γονιδιώματος γενικά από τις σχεδιαζόμενες στοχευμένες θεραπείες.

Ατενίζοντας το μέλλον της βαρηκοΐας αντιλήψεως με ρεαλισμό θα πρέπει ίσως να παραδεχθούμε ότι η αποκατάσταση της περίπλοκης αρχιτεκτονικής του κοχλία είναι δύσκολη και ίσως αδύνατον να επιτευχθεί πλήρως στο εγγύς μέλλον. Ομολογουμένως, επίσης, το περιβάλλον του έσω αφτιού δε φαίνεται και πολύ ευνοϊκό για τη μεταμόσχευση βλαστοκυττάρων. Πιο ρεαλιστική φαίνεται η προσπάθεια αναδημιουργίας μιας σειράς έσω τριχωτών κυττάρων (αντί για 3) διατεταγμένων σε ένα επίπεδο, παρόμοια με τη βασική ακουστική μεμβράνη των πτηνών. Η επιτυχία τέτοιων δομών πάντως σε ό,τι αφορά την αποκατάσταση της ακοής στον άνθρωπο δε σχετίζεται μόνο με τα ακουστικά κύτταρα, αλλά και με τις ιδιότητες των λοιπών δομών του κοχλία, όπως της τεκτονικής μεμβράνης, και θα πρέπει να αποτελέσει αντικείμενο εντατικής έρευνας.

Bιβλιογραφία
Parker SB, Eichele G, Zhang P, et al. p53-independent expression of p21Cip1 in muscle and other terminally differentiating cells. Science. 1995; 267 (5.200): 1.024-1.027.
Lee Y, Liu F, Segil N. A morphogenetic wave of p27Kip1 transcription directs cell cycle exit during organ of Corti development. Development. 2006; 33: 2.817-2.826.
Loewenheim H, Furness DN, Kil J, et al. Gene disruption of p27(Kip1) allows cell proliferation in the postnatal and adult organ of corti. Proc Natl Acad Sci USA. 1999; 96: 4.084-4.088.
 White PM, Doetzlhofer A, Lee YS, et al. Mammalian cochlear supporting cells can divide and trans-differentiate into hair cells. Nature. 2006; 441 (7.096): 984-987.
Kuntz A, Oesterle E. Transforming growth factor alpha with insulin stimulates cell proliferation in vivo in adult rat vestibular sensory epithelium. J Comp Neurol. 1998; 399: 413-423.
Corwin JT, Warchol ME, Saffer LD, et al. Growth factors as potential drugs for the sensory epithelia of the ear. Ciba Found Symp. 1996; 196: 167-182; discussion 182-7.
Doetzlhofer A, White PM, Johnson JE, et al. In vitro growth and differentiation of mammalian sensory hair cell progenitors: a requirement for EGF and periotic mesenchyme. Dev Biol. 2004; 272: 432-447.
Zheng J, Gao W. Overexpression of Math1 induces robust production of extra hair cells in postnatal rat inner ears. Nat Neurosci. 2000; 3: 580-586.
Bermingham NA, Hassan BA, Price SD, et al. Math1: an essential gene for the generation of inner ear hair cells. Science. 1999; 284 (5.421): 1.837-1.841.
Izumikawa M, Minoda R, Kawamoto K, et al. Auditory hair cell replacement and hearing improvement by Atoh1 gene therapy in deaf mammals. Nat Med. 2005; 11: 271-276.
Vlastarakos PV, Nikolopoulos TP. Gene modification and stem cell transplantation for regenerating the mammalian inner ear. A new approach in the treatment of sensorineural hearing loss. In: Singh SR (ed.). Stem cells, regenerative medicine and Cancer. Nova Science Publishers Inc, New York, 2011: 231-280.
Pierce ML, Weston MD, Fritzsch B, et al. MicroRNA-183 family conservation and ciliated neurosensory organ expression. Evol Dev. 2008; 10: 106-113.
Li H, Roblin G, Liu H, Heller S. Generation of hair cells by stepwise differentiation of embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2003; 100 (23): 13.495-13.500.
Matsumoto M, Nakagawa T, Kojima K, et al. Potential of embryonic stem cell-derived neurons for synapse formation with auditory hair cells. J Neurosci Res. 2008 Nov 1; 86: 3.075-3.085.
Sakamoto T, Nakagawa T, Endo T, et al. Fates of mouse embryonic stem cells transplanted into the inner ears of adult mice and embryonic chickens. Acta Otolaryngol (Suppl). 2004; (551): 48-52.
Oshima K, Senn P, Heller S. Isolation of sphere-forming stem cells from the mouse inner ear. Methods Mol Biol. 2009; 493: 141-162.
Martinez-Monedero R, Yi E, Oshima K, et al. Differentiation of inner ear stem cells to functional sensory neurons. Dev Neurobiol. 2008; 68: 669-684.
Chen W, Johnson SL, Marcotti W, et al. Human fetal auditory stem cells can be expanded in vitro and differentiate into functional auditory neurons and hair cell-like cells. Stem Cells. 2009; 27: 1.196-1.204.
Kojima K, Tamura S, Nishida AT, Ito J. Generation of inner ear hair cell immunophenotypes from neurospheres obtained from fetal rat central nervous system in vitro. Acta Otolaryngol (Suppl). 2004; (551): 26-30.
Ito J, Kojima K, Kawaguchi S. Survival of neural stem cells in the cochlea. Acta Otolaryngol. 2001; 121: 140-142.
Ito J. Regeneration of the auditory pathway. Nippon Rinsho. 2003; 61: 469-474 [Article in Japanese/Abstract].
Hu Z, Wei D, Johansson CB, et al. Survival and neural differentiation of adult neural stem cells transplanted into the mature inner ear. Exp Cell Res. 2005; 302: 40-47.
Lang H, Ebihara Y, Schmiedt RA, et al. Contribution of bone marrow hematopoietic stem cells to adult mouse inner ear: mesenchymal cells and fibrocytes. J Comp Neurol. 2006; 496: 187-201.
Mezey E. Bone marrow and brain: unexpected allies or accidental acquaintances? Stem Cell Rev; 2005; 1: 15-19.
Wernig M, Zhao JP, Pruszak J, et al. Neurons derived from reprogrammed fibroblasts functionally integrate into the fetal brain and improve symptoms of rats with Parkinson?s disease. Proc Natl Acad Sci USA. 2008; 105 (15): 5.856-5.861.
Oesterle, E, Bhave S, Coltrera M. Basic fibroblast growth factor inhibits cell proliferation in cultured avian inner ear sensory epithelia. J Comp Neurol. 2000; 424: 307-326.
Ferguson T, Green D, Griffith T. Cell death and immune privilege. Int Rev Immunol. 2002; 21: 153-172.
Vlastarakos PV, Nikolopoulos TP, Tavoulari E, et al. Sensory cell regeneration and stem cells: what we have already achieved in the management of deafness. Otol Neurotol. 2008; 29: 758-768.
Lanza, R. Stem cell breakthrough: don?t forget ethics. Science. 2007; 318 (5.858): 1.865.
Pauley S, Kopecky B, Beisel K, et al. Stem cells and molecular strategies to restore hearing. Panminerva Med. 2008; 50: 41-53.
Ulfendahl M, Hu Z, Olivius P, et al. A cell therapy approach to substitute neural elements in the inner ear. Physiol Behav. 2007; 92: 75-79.
Li H, Corrales CE, Edge A, et al. Stem cells as therapy for hearing loss. Trends Mol Med. 2004; 10: 309-315.

Μάρτιος 2014