Abstract
Kantasolujen olemassaolosta ihmisen lapsivedessä raportoitiin ensimmäisen kerran lähes kymmenen vuotta sitten. Tämän löydön jälkeen tietämys näistä soluista on lisääntynyt dramaattisesti. Nykyään lapsiveden kantasolut (AFS) hyväksytään laajalti uudeksi tehokkaaksi välineeksi perustutkimukseen sekä uusien kantasolupohjaisten hoitokonseptien luomiseen. On mahdollista tuottaa monoklonaalisia genomisesti stabiileja AFS-solulinjoja, joilla on suuri proliferatiivinen potentiaali ilman eettisiä kysymyksiä. Monet eri ryhmät ovat osoittaneet, että AFS-solut voivat erilaistua kaikkiin kolmeen sukukerroslinjaan, millä on merkitystä sekä näiden solujen tieteellisen että terapeuttisen käytön kannalta. Jälkimmäisen kannalta erityisen tärkeää on se, että AFS-solut ovat vähemmän tumorigeenisiä kuin muut pluripotentit kantasolutyypit. Tässä asiakirjassa olemme tehneet yhteenvedon tämänhetkisestä tietämyksestä tällä suhteellisen nuorella tieteenalalla. Lisäksi keskustelemme tämän lupaavan kantasolututkimuksen alan merkityksellisistä tulevaisuudennäkymistä keskittyen seuraaviin tärkeisiin kysymyksiin, joihin on vastattava.
1. Johdanto
Vaikka ihmisen lapsivesisoluja käytetään laajalti rutiininomaisessa synnytystä edeltävässä diagnostiikassa, tietämys näistä soluista on edelleen rajallista. Useat raportit viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana ovat kuitenkin tukeneet käsitystä siitä, että lapsivedessä on eriytymättömiä ja eriytyneitä soluja, joilla on erilainen alkuperä ja sukulinja. Tämä ei ole yllättävää, kun otetaan huomioon, että lapsivedestä on löydetty soluja, jotka kuuluvat lapsivesiepiteeliin, sikiön ihoon sekä sikiön urogenitaalijärjestelmään, hengityselimiin ja ruoansulatuskanavaan. Pitkittyneen raskauden aikana sikiön hengitysteiden, virtsan ja suoliston eritteitä voidaan löytää lapsivedestä. Lisäksi tiedetään, että tietyt sikiön patologiat, kuten esimerkiksi hermostoputkiviat tai gastroschisis, vaikuttavat lapsiveden solunäytteiden koostumukseen, morfologiaan ja kasvuominaisuuksiin.
Uusi kiinnostus lapsivedestä peräisin oleviin soluihin sai alkunsa kahdesta toisistaan riippumattomasta havainnosta. Vuonna 2001 ehdotettiin, että lapsivesisoluja voitaisiin käyttää kudostekniikassa synnynnäisten poikkeavuuksien kirurgiseen korjaamiseen perinataalikaudella. Kirjoittajat eristivät mekaanisesti raskaana olevien uuhien lapsivedestä solujen osapopulaation, jolla oli erilainen morfologia. Näiden solujen immunosytokemiallinen profiili oli hyvin verrattavissa mesenkymaaliseen, fibroblasti-/myofibroblastilinjaan kuuluviin soluihin. Nämä lapsivedestä peräisin olevat solut lisääntyivät huomattavasti nopeammin kuin vertailukelpoiset sikiö- ja aikuissolut, ja niitä voitiin viljellä polyglykolihappopolymeeritelineillä jopa juokseviin solukerroksiin asti. Alun perin on keskusteltu siitä, että tällainen muokattu rakenne olisi optimaalinen toimimaan siirteenä, joka voidaan istuttaa joko vastasyntyneenä tai jopa ennen syntymää. Tämä voisi olla erityisen kiinnostavaa lapsille, jotka ovat syntyneet vartalon seinämän vian kanssa ja jotka ovat liian nuoria, jotta siirto voitaisiin ottaa muualta heidän kehostaan korjaavaa leikkausta varten. Eläinmalleissa saadut tulokset ovat todellakin rohkaisevia. Tietojemme mukaan emme kuitenkaan ole toistaiseksi tietoisia raportista, jossa kuvattaisiin tällaisen solupohjaisen hoitomenetelmän kliinistä käyttöä ihmisillä.
Toinen lapsivesisoluja koskeva löydös käynnisti erittäin lupaavan ja nopeasti kasvavan tutkimusalan. Lähes kymmenen vuotta sitten julkaistiin ensimmäinen ehdotus ihmisen lapsivedestä uutena oletettuna kantasolujen lähteenä . Ensimmäiset todisteet AFS-solujen olemassaolosta osoitettiin, kun ihmisen lapsivedestä löydettiin erittäin proliferatiivinen solutyyppi, joka ilmentää pluripotenttien kantasolujen merkkiainetta Oct4. Sen lisäksi, että nämä solut ilmentävät merkkiaineita, joiden tiedetään olevan spesifisiä pluripotenteille kantasoluille, niiden osoitettiin ilmentävän solusykliproteiineja, joiden tiedetään olevan spesifisiä syklisille soluille . Tämän ensimmäisen kuvauksen jälkeen monet ryhmät ovat vahvistaneet näiden Oct4+/c-Kit+ AFS-solujen olemassaolon ja raportoineet niiden mahdollisuudesta erilaistua hematopoieettisiksi, neurogeenisiksi, osteogeenisiksi, kondrogeenisiksi, adipogeenisiksi, munuais- ja maksasoluiksi sekä moniksi muiksi linjoiksi . Vaikka AFS-solut näyttävät biologisten ominaisuuksiensa ja merkkiaineiden ilmentymismallinsa puolesta muistuttavan enemmän alkion kantasoluja kuin esimerkiksi trofoblastisoluja, AFS-solujen tarkkaa alkuperää on edelleen vaikea selvittää. Biokemialliset, immunosytokemialliset, biologiset ja morfologiset tutkimukset osoittivat, että AFS-solut edustavat uutta ja spesifistä kokonaisuutta, joka eroaa ES-soluista tai muista kantasolutyypeistä, kuten niistä, jotka voidaan eristää lapsivesiepiteelistä tai trofoblastilähteistä. Nykyään on erittäin kiinnostavaa selvittää kaksi olennaista AFS-soluihin liittyvää kysymystä. Mistä ne ovat peräisin? Onko niillä in vivo biologista toimintaa? Olemme jo aiemmin keskustelleet siitä, että AFS-soluilla voisi todennäköisesti olla merkitystä kohdunsisäisissä haavojen paranemisprosesseissa. Toistaiseksi tälle hypoteesille ei kuitenkaan ole saatu kokeellista tukea. On ilmeistä, että koeasetelmia, joiden avulla tämä hypoteesi voitaisiin todistaa, ei ole tällä hetkellä kovin helppo kuvitella tai toteuttaa käytännössä (tai niitä ei ole vielä kehitetty).
Sen jälkeen, kun AFS-solut löydettiin ensimmäisen kerran, oli erittäin tärkeää selvittää, onko AFS-soluilla todella pluripotentti erilaistumispotentiaali, sillä ne voivat menestyksekkäästi erilaistua erilaistuneisiin polveutumislinjoihin yhdestä ainoasta kantasolukappaleesta lähtien. On tärkeää huomata, että monissa kirjallisuudessa esiintyvissä eri raporteissa, joissa väitetään AFS-solujen tutkimusta, ei ole edes selvitetty, minkälaisilla soluilla he työskentelevät. Varsin usein tutkijat käyttivät vain lapsivedestä peräisin olevien solujen sekoitusta, joka oli saatu tiettyjen viljelymenetelmien avulla. Kuten edellä mainittiin, tällaiset lapsivedestä saadut soluseokset sisältävät kuitenkin monenlaisia erityisiä erilaistumattomia ja erilaistuneita solutyyppejä. Aina kun tutkimuksessa raportoidaan erilaistumispotentiaalista tiettyihin solulinjoihin, on erittäin tärkeää selvittää ensin, mitä lähtösolutyyppiä on käytetty (yksityiskohtaisen biologisen ja immunosytokemiallisen karakterisoinnin avulla). Lisäksi todiste siitä, että AFS-soluilla todella on pluripotentti erilaistumispotentiaali, voidaan saada vain yhdestä ainoasta kantasoluksi luonnehditusta solusta lähtien. Muussa tapauksessa voitaisiin olettaa, että lähtömateriaalina käytetty lapsivesisolujen seos sisälsi hyvin todennäköisesti solutyypin, jolla on potentiaalia erilaistua tietyksi sukulinjaksi, ja muita solutyyppejä, joilla on muuta erilaistumispotentiaalia. Tai joissakin tutkimuksissa käytetty in vitro -differentioitumisprotokolla sai aikaan valinnan (kasvuedun kautta) jo (mukana olleelle) erilaistuneelle solutyypille bona fide -differentioitumisen sijasta. Yhden solun lähestymistavat ovat pakollisia ja käytännöllisiä minimaalisten laimennuskokeiden jälkeen.
Ensimmäinen tutkijaryhmä, joka todella otti tämän huomioon, raportoi, että yhdestä ainoasta Oct4-positiivisesta AFS-solusta oli mahdollista indusoida adipogeeninen, osteogeeninen ja neurogeeninen erilaistuminen . Kirjoittajat käyttivät kaksivaiheista viljelyprotokollaa, jota seurasi saadun kantasolutyypin yksityiskohtainen immunosytokemiallinen karakterisointi . Kolme vuotta myöhemmin toinen tutkimusryhmä eristi virtaussytometrisen valinnan ja minimaalisen laimennuksen avulla monoklonaalisia AFS-soluja, jotka ilmentivät kantasolumarkkereita c-Kit ja Oct4 . Kirjoittajat kuvasivat ensimmäistä kertaa monoklonaalisten AFS-solulinjojen perustamista, joilla oli korkea proliferatiivinen potentiaali ja joita voitiin viljellä useita syklijaksoja vakaan kromosomistatuksen vallitessa. Tällaisten AFS-solulinjojen avulla he pystyivät osoittamaan, että adipogeenisten, osteogeenisten, myogeenisten, endoteelisten, neurogeenisten ja maksasolujen erilaistuminen voidaan indusoida. Tärkeää on, että nämä kirjoittajat raportoivat myös, että AFS-solut, toisin kuin ES-solut, eivät indusoi kasvainten muodostumista SCID-hiirissä (tätä näkökohtaa käsitellään yksityiskohtaisesti jäljempänä).
ES-solut voivat ilman erilaistumistekijöitä viljeltyinä muodostaa spontaanisti kolmiulotteisia monisoluisia aggregaatteja, joita kutsutaan alkiokappaleiksi. Aikaisemmin alkioidikappaleita on pidetty laajalti optimaalisena lähtökohtana kantasolujen erilaistumiselle eri linjoihin. Näin ollen alkioidikappaleiden muodostumista ja sen jälkeen erilaisia erilaistumista indusoivia lähestymistapoja pidetään sopivana tapana todistaa tietyn kantasolutyypin pluripotentti erilaistumispotentiaali. Näin ollen oli kiinnostavaa testata, pystyvätkö AFS-solut yhdestä ainoasta solusta lähtien muodostamaan alkionkappaleita. Ihmisen monoklonaaliset AFS-solut voivat todellakin muodostaa alkionmuotoisia kappaleita, kun niitä viljellään ilman erilaistumista estäviä tekijöitä olosuhteissa, joissa ne eivät pysty kiinnittymään kasvatusmaljojen pintaan ja joissa ne eivät ole kosketuksissa syöttösoluihin. Tällaisten kolmiulotteisten monisoluisten aggregaattien muodostumiseen liittyy kantasolujen merkkiaineiden ilmentymisen väheneminen ja erilaistumisen indusoituminen eri linjoihin. Tämä tutkimus, jossa osoitettiin, että AFS-solut kykenevät muodostamaan alkiokappaleita, oli lopullinen todiste siitä, että AFS-solut ovat pluripotentteja. Lisäksi se mahdollistaa nyt monien erilaistumisilmiöiden kolmiulotteisten rakenteiden ja kudostason yhteyksien toistamisen ja tutkimisen nisäkkäiden varhaisen alkionkehityksen aikana . Nämä havainnot AFS-solujen pluripotenssista saatiin käyttämällä monoklonaalisia solulinjoja, jotka tuotettiin magneettisen solulajittelun ja minimaalisen laimennusmenetelmän avulla ihmisen lapsivesinäytteistä. Nykyään on olemassa monia erilaisia vakiintuneita monoklonaalisia linjoja, joita voidaan kasvattaa kypsymättöminä kantasoluina, joilla on korkea proliferaatiovauhti viljelyssä ilman syöttösoluja .
Yhteenvetona nykytietämyksen mukaan AFS-soluilla on potentiaalia erilaistua kolmen sukukerroksen (ektodermi, mesodermi ja endodermi) solutyypeiksi ja ne pystyvät muodostamaan alkionmuotoisia kehoja (embryoid bodies), jotka tunnetaan pluripotenttien kantasolujen erilaistumisen tärkeimpänä vaiheena. AFS-soluilla on erityisiä etuja verrattuna muihin kantasolutyyppeihin, kuten aikuisten kantasoluihin, ES-soluihin tai indusoituihin pluripotentteihin kantasoluihin (iPS). Aikuisten kantasoluista on usein vaikea ottaa näytteitä, niiden erilaistumispotentiaali on alhaisempi kuin AFS-solujen, eikä niitä voida kasvattaa korkealla proliferatiivisella aktiivisuudella. ES-solulinjojen tuottaminen tuhoamalla ihmisalkio herättää useita eettisiä kysymyksiä, joita käsitellään eri maissa eri tavoin. Lisäksi ES-solut ovat tuumorigeenisiä, kun taas AFS-solut, kuten jo edellä mainittiin, eivät aiheuta kasvainten muodostumista vakavassa yhdistetyssä immuunipuutteessa olevissa hiirissä. Verrattuna iPS-soluihin AFS-soluissa ei tarvita pluripotenssin ektooppista induktiota. AFS-solut ovat genomisesti vakaita, eivätkä ne sisällä jo erilaistuneiden lähtösolujen epigeneettistä muistia tai somaattisia mutaatioita. Lisäksi iPS-solujen on raportoitu kerryttävän karyotyyppisiä poikkeavuuksia ja geenimutaatioita viljelyn aikana. Hiljattain on raportoitu, että pluripotenssin ektooppisen induktion aikana iPS-solut toistavat epigeneettisen mallinsa vain epätäydellisesti. Tämä tärkeä havainto on otettava huomioon, kun näitä soluja aiotaan käyttää erilaistumisprosessien yksityiskohtaisiin tutkimuksiin ja kun niitä harkitaan uusiin mahdollisiin terapeuttisiin lähestymistapoihin. AFS-soluilla on jo kantasoluominaisuuksia, eivätkä ne tarvitse pluripotenssin ektooppista indusointia. Lisäksi AFS-soluilla on jo kantasolujen epigeneettinen malli. Yhteenvetona voidaan todeta, että ei ole yllättävää, että monet yritykset keskittyvät tällä hetkellä kysymykseen, missä olosuhteissa AFS-soluja voitaisiin käyttää kantasoluihin perustuvissa hoidoissa. Lisäksi AFS-solut hyväksytään tällä hetkellä yhä useammin optimaaliseksi välineeksi perustutkimukseen.
Vaikka ES-soluilla, iPS-soluilla ja AFS-soluilla katsotaan olevan pluripotentti erilaistumispotentiaali, kysymys siitä, onko niillä sama erilaistumispotentiaalin kvalitatiivinen kirjo, on edelleen vailla vastausta. Pluripotentit kantasolut määritellään itseään monistaviksi soluiksi (solut voivat jakautua sellaisenaan), joilla tiedetään olevan kyky kehittyä primaaristen sukukerrosten, ektodermin, mesodermin ja endodermin soluiksi ja kudoksiksi. Näillä kolmella kantasolutyypillä (ES-, iPS- ja AFS-solut) on osoitettu olevan kyky erilaistua kolmen sukukerroksen soluiksi. Kaikki kolme voivat myös muodostaa alkionkappaleita. On kuitenkin testattava tapauskohtaisesti, onko niillä todella samanlaiset mahdollisuudet erilaistua tietyksi solutyypiksi, jolla on kaikki tunnetut biologiset toiminnot. Itse asiassa uskomme, että on välttämätöntä tutkia ja vertailla suoraan niiden erilaistumispotentiaalia ja valita sopivimmat solutyypit perustutkimushankkeisiin ja oletettuun käyttöön uusissa kantasolupohjaisissa terapioissa. Lisäksi yksi ilmeinen ero näiden kolmen pluripotentin kantasolutyypin välillä olisi tutkittava tarkemmin tulevaisuudessa. ES-solujen in vitro -viljelyn ensimmäisestä kuvauksesta lähtien niiden on tiedetty olevan tumorigeenisiä. Samoin iPS-solut aiheuttavat kasvainten muodostumista, kun ne siirretään ihon alle nude-hiiriin. AFS-solujen ei kuitenkaan ole raportoitu muodostavan kasvaimia vakavassa yhdistetyssä immuunipuutteessa olevissa hiirissä. Koska jälkimmäistä on toistaiseksi tutkittu vain yhdessä hankkeessa, jossa analysoitiin tiettyä eläinsiirtojen joukkoa, lisätutkimukset ovat perusteltuja sen selvittämiseksi, ovatko AFS-solut todella tumorigeenisiä. Jos tämä pitää paikkansa, se olisi merkittävä etu ES- ja iPS-soluihin nähden ainakin oletetun kliinisen käytön kannalta.
2. AFS-solut terapiaa varten: Suuri osa ihmisen kantasoluihin liittyvästä jännityksestä liittyy lääkäreiden ja potilaiden toiveeseen, että näitä soluja voitaisiin kerran käyttää soluhoitoihin, joilla hoidetaan monenlaisia ihmisen sairauksia. Tässä yhteydessä on selvästi todettava, että AFS-solupohjaisia terapioita koskeva työ on vielä lapsenkengissä. Monia kysymyksiä tutkitaan parhaillaan, eikä toistaiseksi mikään AFS-soluihin perustuva terapeuttinen lähestymistapa ole saavuttanut kliinisen rutiinikäytön tasoa. Erilaiset uudet tutkimustulokset antavat kuitenkin vahvaa näyttöä siitä, että AFS-solut voisivat todellakin toimia tehokkaana välineenä regeneratiivisessa lääketieteessä.
Esimerkiksi akuutit ja krooniset munuaisten vajaatoimintahäiriöt ovat sairauksia, joihin liittyy suuri sairastavuus ja kuolleisuus. Munuaisensiirto on edelleen tehokkain hoitovaihtoehto suurimmalle osalle potilaista, joilla on loppuvaiheen munuaistauti. Valitettavasti yhteensopivien elinten puute on hyvin rajoittava tekijä. Hoitostrategiat perustuvat myös perinteiseen munuaisdialyysiin, mutta kroonista dialyysiä tarvitsevien potilaiden kuolleisuus on korkea. Näin ollen kantasolujen oletettu käyttö munuaisvaurioiden korjaamisessa on noussut esiin. Useat hiljattain julkaistut tutkimukset AFS-solujen munuaisten erilaistumisesta tekevät houkuttelevaksi spekuloida, että näitä kantasoluja voitaisiin kerran pitää uutena lupaavana lähteenä solupohjaisille hoitomenetelmille munuaisvaurioiden korjaamiseksi, ja ne antavat aihetta lisätutkimuksiin tähän suuntaan. Olemme hiljattain julkaisseet, että AFS-soluilla on potentiaalia erilaistua nefrogeenisiin sukulinjoihin ja että tämä kyky riippuu mTOR-signalointireitistä (mammalian target of rapamycin) (ks. myös keskustelu jäljempänä). Toiset ovat osoittaneet, että ihmisen AFS-solut voivat integroitua munuaiskudokseen, kun ne ruiskutetaan eristettyihin hiiren alkion munuaisiin, tai että AFS-solujen ruiskuttaminen vaurioituneisiin hiirten munuaisiin, joilla on rabdomyolyysin aiheuttama akuutti tubulusnekroosi, voi välittää suojaavaa vaikutusta. Vaikka näiden ja muiden tietojen perusteella on houkuttelevaa spekuloida, että AFS-solut voivat tarjota menestyksekkäitä vaihtoehtoisia lähestymistapoja esimerkiksi akuutin tubulusnekroosin hoitoon, on vastattava vielä moniin kysymyksiin, ennen kuin tällaisia solupohjaisia hoitoja voidaan harkita rutiinisovelluksiksi ihmisillä.
Monista eri syistä uusien kantasolupohjaisten hoitomuotojen luominen keskushermostoon liittyviin toistaiseksi parantumattomiin patologioihin, kuten Parkinsonin tautiin, selkäydinvaurioihin, multippeli- eli monivammaiseen skleroosiin tai aivohalvaukseen, on niin ikään suuressa määrin kiinnostavaa. Hermoston kantasoluja, joita on tutkittu tähän tarkoitukseen, löytyy aikuisen keskushermostosta ja kehittyvästä alkiosta, mutta näitä kudoksia ei ole helposti saatavilla ja ne herättävät eettisiä huolenaiheita. Viime vuosina eri ryhmät ovat raportoineet AFS-solujen neurogeenisestä erilaistumispotentiaalista. Ennen kuin voidaan harkita seuraavia askelia AFS-solupohjaisten lähestymistapojen kliinisen käytön suuntaan, on kuitenkin todistettava, että AFS-solut todella pystyvät muodostamaan kypsiä hermosoluja. Kirjallisuudessa käydään edelleen keskustelua siitä, pystyvätkö AFS-solut todella muodostamaan toiminnallisia hermosoluja. Lähitulevaisuudessa on erittäin tärkeää selvittää, millaisia neurogeenisiä solutyyppejä AFS-soluista voidaan kehittää. Kysymystä siitä, voivatko AFS-solut erilaistua toiminnallisiksi kypsiksi neuroneiksi, on tutkittava analysoimalla kykyä laukaista tetrodotoksiiniherkkiä toimintapotentiaaleja, joilla on niille ominainen muoto ja kesto, tai osoittamalla synaptinen kommunikaatio elektronimikroskoopilla .
Tässä yhteydessä olisi mahdollista keskustella joistakin uusista esimerkeistä, jotka liittyvät AFS-soluja käyttäviin oletettuihin terapeuttisiin lähestymistapoihin. Joskus väitetään, että monet peruskysymykset, jotka koskevat alkuperää, tuumorigeenisyyttä, erilaistumispotentiaalia, epigeneettistä asemaa tai genomista vakautta, on tutkittava, ennen kuin AFS-soluja voidaan edelleen pitää terapeuttisena välineenä. Mielestämme kaikkia näitä näkökohtia olisi kuitenkin tutkittava rinnakkain. Lisäksi tulevien pohdintojen kannalta on todella tärkeää verrata kvantitatiivisesti ja kvalitatiivisesti kaikkia näitä AFS-solujen ominaisuuksia muiden pluripotenttien tai aikuisten kantasolutyyppien ominaisuuksiin.
3. AFS-solut perustieteessä:
Kantasolut ovat erittäin hyödyllisiä välineitä erilaistumisprosessien molekyyli- ja solusäätelyn tutkimiseen. Yksi lähestymistapa oppia lisää esimerkiksi tietyn geenin roolista tietyssä erilaistumisprosessissa on tyrmätä kiinnostavan geenin endogeeninen ilmentyminen. Tällainen lähestymistapa mahdollistaa sen selvittämisen, mikä on muunnellun geeniekspression merkitys solun potentiaalille erilaistua tiettyyn sukulinjaan. Julkaisimme hiljattain protokollan tehokkaaseen siRNA-välitteiseen pitkäaikaiseen geenien vaimentamiseen AFS-soluissa . Tämä protokolla, jota olemme jo testanneet useille eri geeneille, mahdollistaa 96-98 %:n endogeenisen geeniekspression alas säätelyn noin 14 päivän ajan AFS-soluissa ja monissa muissa primaarisissa, immortalisoiduissa tai transformoiduissa soluissa .
Viime aikoina olemme käyttäneet tätä lähestymistapaa mTOR-reitin roolin tutkimiseen ihmisen AFS-soluissa. mTOR:n ylävirran säätelijöiden, kuten esimerkiksi Wnt:n, Rasin, TNF-α:n, PI3K:n tai Aktin, deregulaatio on tunnusomaista monissa ihmisen syövissä. Mutaatiot mTOR-reitin komponenttigeeneissä TSC1, TSC2, LKB1, PTEN, VHL, NF1 ja PKD1 aiheuttavat ihmisen geneettisten oireyhtymien kehittymisen: Tuberoosiskleroosi, Peutz-Jeghersin oireyhtymä, Cowdenin oireyhtymä, Bannayan-Riley-Ruvalcaba-oireyhtymä, Lhermitte-Duclosin tauti, Proteusin oireyhtymä, von Hippel-Lindaun tauti, neurofibromatoosi tyyppi 1 ja polykystinen munuaistauti. Erilaisten yksittäisen geenin aiheuttamien häiriöiden ja kasvainten synnyn lisäksi mTOR-reitillä on osoitettu olevan merkitystä myös monimutkaisten sairauksien, kuten sydämen liikakasvun, liikalihavuuden tai tyypin 2 diabeteksen, kehittymisessä. Kaikki nämä häiriintyneen mTOR-aktiivisuuden patologiset seuraukset ovat selitettävissä, kun otetaan huomioon, että mTOR on keskeinen osa insuliinin signalointikaskadia, joka osallistuu monenlaisiin erilaisiin prosesseihin, kuten solujen kasvuun, lisääntymiseen, aineenvaihduntaan, transkriptioon, translaatioon, translaatiotranslaatioon, eloonjäämiseen, autofagiaan, ikääntymiseen, erilaistumiseen ja onkogeneesiin . Havaitsimme, että AFS-solujen koko alkionmuodostusprosessi riippuu molemmista mTOR:ia sisältävistä entsyymeistä, mTORC1:stä ja mTORC2:sta . Kuten edellä mainittiin, mTOR-komponenttien modulointi spesifisillä siRNA-menetelmillä paljasti, että AFS-solujen potentiaalia osallistua munuaiskudoksen muodostumiseen säädellään tällä signalointireitillä . Hiljattain AFS-solujen endogeenisten geenien toimintojen tyrmäysmenetelmän avulla havaitsimme, että kaksi mTOR-säätäjää, tuberiini ja PRAS40, ovat antiapoptoottisia portinvartijoita ihmisen AFS-solujen varhaisen erilaistumisen aikana . Kaiken kaikkiaan uskomme vahvasti, että monoklonaalisissa ihmisen AFS-solulinjoissa endogeenisen geeniekspression siRNA-välitteinen tyrmäys on erittäin tehokas väline tulevissa hankkeissa, jotka käsittelevät erilaistumisen molekulaarista säätelyä.
Toinen erittäin mielenkiintoinen näkökohta tulevan perustutkimuksen kannalta on luonnollisesti esiintyviä mutaatioita kantavien AFS-solulinjojen pankkipankkitoiminta, jolla on merkitystä tietyille ihmisen patologisille fenotyypeille. Lääketieteellisessä genetiikassa uusien ennaltaehkäisevien ja terapeuttisten strategioiden tuleva kehittäminen riippuu suoraan siitä, että ymmärretään paremmin niitä mekanismeja, joilla luonnossa esiintyvä geneettinen vaihtelu vaikuttaa sairauksiin . Maissa, joissa ihmisalkioiden käyttö tutkimukseen on laillista, tiettyjä perinnöllisiä vikoja kantavia ES-solulinjoja tuotetaan alkioista, joilla on kaikenlaisia numeerisia kromosomipoikkeavuuksia tai erityisiä monogeenisiä tautimutaatioita, jotka on suljettu pois kohdunsiirrosta preimplantaatiodiagnoosin jälkeen. Myös erilaisia iPS-linjoja yhden geenin häiriöistä, kromosomisista oireyhtymistä ja monimutkaisista sairauksista on jo tuotettu, ja niitä on tarkoitus käyttää perustutkimushankkeissa . Kuten edellä on jo käsitelty yksityiskohtaisesti, sekä ES-soluilla että iPS-soluilla on kuitenkin merkittäviä haittoja AFS-soluihin verrattuna. Muiden invasiivisten menetelmien ohella lapsivesipunktio on laajalti hyväksytty synnytystä edeltävän hoidon vakiomenetelmä 1970-luvulta lähtien. On lähes arvaamatonta, kuinka monta lapsivesipunktiota maailmassa tehdään vuosittain. Kaiken kaikkiaan uskomme, että normaalien ihmisen AFS-solulinjojen ja sellaisten AFS-solulinjojen, joissa on kromosomipoikkeavuuksia, sekä sellaisten AFS-solulinjojen, joissa on spesifisiä monogeenisiä tautimutaatioita, tuottaminen ja tallentaminen pankkiin voisi tarjota erittäin tehokkaita välineitä taudin mallintamiseen tulevassa tutkimuksessa. Tässä yhteydessä on tärkeää huomata, että AFS-solujen pankkipankkitoiminta muita kuin tutkimustarkoituksia varten, jonka tavoitteena on suojella lapsen terveyttä siten, että kantasoluja on saatavilla koko hänen elämänsä ajan, on eri asia. Jotkin eurooppalaiset ja yhdysvaltalaiset yritykset tarjoavat jo nyt AFS-solujen pankkitoimintaa esimerkiksi silloin, kun lapsivesipunktio tehdään raskaudenaikaista diagnoosia varten. Ne perustelevat AFS-solujen säilyttämistä sillä, että nämä solut voisivat kerran auttaa vammojen hoidossa (esim. polven ruston korjaamisessa), haavojen parantamisessa tai ihon kehittämisessä erityisiä elinsiirtoja varten. Kuten aiemmin mainittiin, tulevaisuudessa tarvitaan laajaa tutkimusta, jotta voidaan vahvistaa AFS-kantasolujen oletettu kliininen käyttö ihmisillä. Viime vuosina tällä vielä nuorella tieteenalalla saadut lupaavat tulokset antavat selvästi aihetta jatkaa yksityiskohtaisia tutkimuksia AFS-kantasolujen mahdollisesta kliinisestä käytöstä. Tässä asiakirjassa haluamme korostaa, että luonnollisia mutaatioita sisältävien AFS-solujen pankkitoiminta ihmisen geenitutkimusta varten olisi aloitettava mahdollisimman pian eri laboratorioissa vertailukelpoisten laatustandardien mukaisesti. Olisi syytä rohkaista eri laboratorioita ottamaan lapsivesinäytteitä lapsivesipunktioista, joilla on vertailukelpoiset indikaatiot samankaltaisilta raskausviikoilta. Protokollat kantasolujen eristämiseksi, minimilaimennosten tekemiseksi ja näin saatujen monoklonaalisten AFS-solulinjojen karakterisoimiseksi olisi standardoitava. Tunnistettuja mutaatioita sisältävien AFS-solulinjojen biopankkitoiminta mahdollistaisi siirtymisen seuraavaan vaiheeseen ihmisen geenitutkimuksessa, jossa käytetään ihmisen kantasoluja.