Stem സെല്ലുകൾ മരുന്നുകൾക്ക് പകരമാകുമോ?

ഇരുപത്തിയൊന്നാം നൂറ്റാണ്ടിൾ ശാസ്ത്രത്തിനുണ്ടായ ഏറ്റവും വലിയ നിരാശയാണ് ദക്ഷിണകൊറിയയിൽ ഒരു പതിറ്റാണ്ട് മുൻപ് നടന്ന വ്യാജ-മനുഷ്യഭ്രൂണ മൂലകോശങ്ങങ്ങളുമായി (human embryonic stem cell) ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു ഗവേഷണം. 2005ൽ സിയോൾ സർവകലാശാലയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞനായിരുന്ന വൂ സുക് ഹ്വാങ്ങും (Woo Suk Hwang) 24 സഹരചയിതാക്കളും ചേർന്നു സയൻസ് ജേർണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച റിസർച്ച് പേപ്പറാണ് വളരെപ്പെട്ടന്ന് ശാസ്ത്രലോകത്തെ ഞെട്ടിക്കുമാറ് വിവാദങ്ങൾക്ക് തിരികൊളുത്തിയത്. പ്രത്യുത്പാദനേതര കോശങ്ങളുടെ DNA അടങ്ങിയ ഭ്രൂണ മൂലകോശങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത് തെറാപ്യൂട്ടിക് ക്ലോണിങ്ങിൽ വൻകുതിച്ചുചാട്ടം ഉണ്ടാക്കുമായിരുന്ന, നോബൽ സമ്മാനാർഹമായ കണ്ടുപിടുത്തമാകേണ്ട ഒന്നായിരുന്നു. അഭിനന്ദനങ്ങൾക്ക് പകരം 10 വർഷം ജയിൽശിക്ഷക്ക് വിധിക്കപ്പെട്ട വൂ സുക് ഹ്വാങ് ചെയ്ത തെറ്റെന്താണെണെന്നു പറയുന്നതിന് മുൻപ് മൂലകോശങ്ങളെപ്പറ്റിയും അവയുടെ ചികിത്സാ ഉപയോഗങ്ങളെപറ്റിയും പറയാം.

ജീവികളുടെ ശരീരം കോശങ്ങൾക്കൊണ്ടു നിർമിതമാണെന്ന് അറിയാമല്ലോ. എന്നാൽ എല്ലാ അവയവങ്ങളിലെയും കലകളിലുള്ളത് ഒരേതരം കോശങ്ങളല്ല. മസ്തിഷ്കത്തിലെ കോശഘടനയല്ല പേശികളിൽ ഉള്ളത്. രക്തത്തിലെ കോശങ്ങളല്ല ത്വക്കിലുള്ളത്, പാൻക്രിയാസിലെ കോശങ്ങളല്ല കുടലിലുള്ളത്. പലതരം കോശങ്ങൾ അവയുടെ ബാഹ്യാന്തരഘടനയിലും ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തിയിലും വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അണ്ഡവും ബീജവും സംയോജിച്ചുണ്ടായ സൈഗോട്ട് (zygote) എന്ന ഒരൊറ്റ കോശത്തിൻ നിന്ന് ശരീരത്തിലെ കോശവൈവിധ്യം എങ്ങനെ രൂപപ്പെട്ടു?

കോശങ്ങളുടെ പൊട്ടൻസി (cell potency) എന്ന സവിശേഷതയെപ്പറ്റി അറിഞ്ഞാൽ അതിനുള്ള ഉത്തരമാകും. വിഭജിച്ചു മറ്റുതരങ്ങളിലുള്ള കോശങ്ങളായി മാറാനുള്ള ഒരു കോശത്തിന്റെ കഴിവാണ് അതിന്റെ പൊട്ടൻസി. കൂടുതൽ തരം കോശങ്ങളാകാൻ കഴിവുള്ളവയ്ക്ക് കൂടുതൽ പൊട്ടൻസിയുണ്ടെന്നു പറയാം. ഒരു ജീവിയുടെ എല്ലാ കോശങ്ങളായും മാറാനുള്ള കഴിവാണ് ഏറ്റവും ഉയർന്ന പൊട്ടൻസിയുള്ള ടോട്ടിപൊട്ടന്റ് (totipotent) കോശങ്ങൾക്ക് ഉള്ളത്. സൈഗോട്ടും അതിന്റെ ആദ്യത്തെ കുറച്ചു വിഭജനങ്ങളിൽ (morula സ്റ്റേജ് വരെ) ഉണ്ടാകുന്ന കോശങ്ങളും ടോട്ടിപൊട്ടന്റ് ആണ്. കുറെയധികം കോശവിഭജനങ്ങൾ നടന്നു ബ്ലാസ്റ്റുല സ്റ്റേജിൽ (blastocyst in human) എത്തുമ്പോൾ കോശങ്ങൾ inner cell mass ആയും trophoblast ആയും വേർതിരിയുന്നു. ഭ്രൂണത്തിന്റെ ഭാഗങ്ങളായി പിന്നീട് മാറുന്നത് inner cell mass ആണ്. പ്ലാസന്റയിലെ ഭ്രൂണേതര കോശങ്ങൾ trophoblast ൽ നിന്നും ഉണ്ടാകുന്നു. Inner cell mass ൽ കാണപ്പെടുന്ന മൂലകോശങ്ങളായ പ്ലൂരിപൊട്ടന്റ് (pluripotent) stem സെല്ലുകൾക്ക് ഭ്രൂണേതരകോശങ്ങളൊഴികെ ഏതുകോശവുമായി മാറാനുള്ള കഴിവുണ്ട്. വളരെയധികം ശരീരകോശങ്ങളായി പരിണമിക്കാൻ കഴിവുള്ള മൂലകോശങ്ങളെ multipotent stem സെല്ലുകൾ എന്നാണ് വിളിക്കുക. മജ്ജയിൽ കാണുന്ന hematopoietic stem സെല്ലുകൾ മൾട്ടിപൊട്ടന്റാണ്. അവയ്ക്ക് ലിംഫോസൈറ്റ്സ്, മോണോസൈറ്റ്സ്, ന്യൂട്രോഫിൽ തുടങ്ങിയ രക്തകോശങ്ങളായി മാറാൻ കഴിവുണ്ട്. ഏതാനും കോശങ്ങളായി മാറാൻ കഴിവുള്ള progenitor കോശങ്ങളെ oligopotent stem cells എന്നും ഒരൊറ്റ കോശമായി മാറാവുന്ന precursor കോശങ്ങളെ unipotent stem cells എന്നും വിളിക്കുന്നു

ഒരു ജീവിയുടെ എല്ലാ കോശങ്ങളുടെയും ജനിതകഘടന ഒരേപോലയാണ്. അതായത് എല്ലാ കോശങ്ങളിലും കാണുന്ന 23 ജോടി ക്രോമോസോമുകളിലെ DNAയിൽ വ്യത്യാസം ഒന്നുമില്ല. എന്നിട്ടും ഒരേ DNAയിൽ നിന്നും സന്ദേശങ്ങൾ സ്വീകരിച്ച് എന്തുകൊണ്ടാണ് വിവിധതരം പൊട്ടൻസിയുള്ള മൂലകോശങ്ങളും വ്യത്യസ്തമായ കർമങ്ങൾ നിർവഹിക്കുന്ന മറ്റുകോശങ്ങളും ഉണ്ടാകുന്നത്?

DNA തന്മാത്രകൾ ജീനുകളായാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. ഓരോ തരം കോശങ്ങളുടെയും വിധി തീരുമാനിക്കുന്നത്‌ അവയിൽ active ആയ ജീനുകളാണ്. എല്ലാ ജീനുകളും മാർക്ക് ചെയ്തുവയ്ക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു (epigenetic marks). പ്രവർത്തിക്കണോ വേണ്ടയോ, എത്ര അളവിൽ പ്രവത്തിക്കണം എന്നൊക്കെ തീരുമാനിക്കുന്നത് ജീനുകളുടെ പുറത്തുള്ള മാർക്കുകളാണ്. എപ്പി ജെനിറ്റിക് മാർക്കുകളെന്നാൽ യഥാർത്ഥത്തിൽ DNAയിലും അവയെചുറ്റിയിരിക്കുന്ന ഹിസ്റ്റോൺ എന്ന പ്രോട്ടീനിലുമുള്ള കെമിക്കൽ മോഡിഫിക്കേഷനുകളാണ്. ഈ മാർക്കുകൾക്ക് അനുസരിച്ചു DNA യിൽ ഒട്ടിപ്പിടിക്കുന്ന മറ്റുചില ഘടകങ്ങൾ വഴിയാണ് ഓരോ ജീനിന്റെയും പ്രവർത്തനം തീരുമാനിക്കപ്പെടുന്നത്. അത്തരം ഘടകങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുന്നതിനു കാരണവും മാർക്ക് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ള മറ്റു ജീനുകളാണ്. അതുകൊണ്ട് തന്നെ വിവിധ ഘടകങ്ങളുടെ കോശത്തിലെ ലഭ്യതയ്ക്കനുസരിച്ചു ജീനുകൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാകും. ഭ്രൂണമൂലകോശങ്ങളിൽ ജീനുകളിലെ മാർക്കുകൾ കുറവായിരിക്കും. എന്നാൽ അവ വിഭജിച്ചു മറ്റുകോശങ്ങളാകുമ്പോൾ ഓരോ കോശത്തിന്റെയും പ്രവർത്തികൾക്ക് അനുസൃതമായി മാർക്കുകളിൽ വ്യത്യാസം വരുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, insulin സംഭരിക്കാനും പുറം തള്ളാനും സഹായിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളെ ഉണ്ടാക്കുന്ന ജീനുകൾ active ആയി നിർത്തുക എന്നതാണ് പാൻക്രിയാസിലെ beta കോശങ്ങളിൽ നടക്കുന്നത്. എന്നാൽ അതേ ജീനുകൾ ഹൃദയപേശികളിലെ കോശങ്ങളിൽ ആവശ്യമില്ല. ഹൃദയകോശങ്ങളിൽ ആക്റ്റീവ് ആയുള്ളത് മസിൽ contraction നു സഹായിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളെ ഉണ്ടാക്കുന്ന ജീനുകളായിരിക്കും. അതുകൊണ്ട്, ഇൻസുലിൻ മെക്കാനിസത്തിന് വേണ്ട ജീനുകൾ ഹൃദയപേശിയിലെ കോശങ്ങളിൽ ആക്റ്റീവ് ആകാതിരിക്കാനുള്ള മാർക്കിങ്ങിൽ ആയിരിക്കും.

മൂലകോശങ്ങളുടെ പൊട്ടൻസിയെ നിർണയിക്കുന്നതും ഇത്തരത്തിൽ ജീനുകളെ activate ചെയ്യുകയും silent ആക്കുകയും ചെയ്യുന്ന മാർക്കുകളും ഘടകങ്ങളുമാണ് ( transcription factors, RNAi)

ഭ്രൂണാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് വികാസം പ്രാപിച്ച മനുഷ്യശരീരത്തിലെ മിക്ക അവയവങ്ങളിലും മൂലകോശങ്ങളെ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. മുമ്പ് പറഞ്ഞ hematopoietic stem സെല്ലുകൾ കൂടാതെ, intestinal stems cells, mesenchymal stem cells, neural stem cells തുടങ്ങിയ adult stem സെല്ലുകളാണവ. ഭ്രൂണത്തിലെ മൂലകോശങ്ങളെ കൈകാര്യം ചെയ്യുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന എത്തിക്സ് പ്രോബ്ലം adult stem സെല്ലുകളുടെ കാര്യത്തിലില്ല. അതുകൊണ്ട് തന്നെ stem cell തെറാപ്പിയിൽ വലിയൊരു പങ്ക് അവയ്ക്കുണ്ട്. ലുക്കീമിയ, രക്ത-അസ്ഥി അർബുദങ്ങളിൽ മജ്ജമാറ്റിവയ്ക്കൽ നടത്തുന്നത് adult stem സെല്ലുകളുടെ ഒരു പ്രധാനപ്പെട്ട ഉപയോഗമാണ്.

മൂലകോശങ്ങളെപ്പറ്റി എന്തിനാണ് പഠിക്കേണ്ടത്? എന്താണ് അവയുടെ ഉപയോഗം?

മജ്ജ മാറ്റിവയ്ക്കലിലേത് പോലെ, പൊക്കിൾക്കൊടി രക്തത്തിൽ കാണുന്ന മൂലകോശങ്ങളെയും ബ്ലഡ് ക്യാൻസർ അനീമിയ തുടങ്ങിയ രോഗങ്ങളുടെ ചികിത്സയ്ക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. മസ്തിഷ്ക-സ്പൈനൽ കോഡ് ഇഞ്ചുറി, അന്ധത, വന്ധ്യത, ഹൃദയ സംബന്ധമായ രോഗങ്ങൾ, ഡയബറ്റിസ് തുടങ്ങിയ നിരവധി രോഗാവസ്ഥകൾക്ക് stem സെല്ലുകൾ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് ആനിമൽ മോഡലുകളിലുള്ള പഠനങ്ങൾ പറയുന്നു. മൂലകോശങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു അവയവങ്ങൾ പൂർണമായോ ഭാഗികമായോ ലാബുകളിൽ ഉണ്ടാക്കിയെടുക്കാൻ കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. തെറാപ്യൂട്ടിക് ക്ലോണിങ്ങിലൂടെ അണ്ഡകോശങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസ് മാറ്റി അഡൽട്ട് കോശങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസ് വയ്ക്കുന്നത് embryonic stem സെല്ലുകൾ ലഭ്യമാക്കാൻ വേണ്ടിയാണ്. എന്നാൽ ethical issues കാരണം ഇത്തരത്തിലുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾ ആനിമൽ മോഡലുകളിൽ ഒതുങ്ങി നിൽക്കുകയാണ്.മാത്രമല്ല, stem സെല്ലുകൾക്കായി ഭ്രൂണങ്ങളെ നശിപ്പിക്കേണ്ടി വരുമെന്നതും ഹ്യൂമൻ ക്ലോണിങിനുള്ള സാധ്യതയും മറ്റും മൂലകോശഗവേഷണം വിവാദവിഷയമാകാൻ കാരണമായിട്ടുണ്ട്.

സിയോൾ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ വൂ സുക് ഹ്വാങ് 2004ലും 2005ലും പ്രസിദ്ധീകരിച്ച research പേപ്പറുകളിലെ ഫലങ്ങൾ കെട്ടിച്ചമച്ചവയായിരുന്നു. അയാൾക്ക് മനുഷ്യഭ്രൂണ മൂലകോശങ്ങളെ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കാൻ സാധിച്ചിരുന്നില്ല. പേപ്പറിൽ ഉണ്ടായിരുന്ന മെത്തേഡ് ആവർത്തിച്ച മറ്റാർക്കും അതേ റിസൾട്ട് കിട്ടിയില്ല. സ്വന്തം ഗ്രാജ്വേറ്റ് വിദ്യാർത്ഥികളിൽ നിന്നും ബ്ലാക്ക് മാർക്കറ്റിൽ നിന്നും അണ്ഡങ്ങൾ സ്വീകരിച്ചതും ഹ്വാങ്ങിന് വിനയായി, കൊറിയയിൽ രാജ്യത്തിന് അഭിമാനമെന്ന് വിളിക്കപ്പെട്ട അദ്ദേഹം മാസങ്ങൾക്കുള്ളിൽ ഇന്റർനാഷണൽ ഫ്രോഡായി, ജയിലിലായി!

ഭ്രൂണത്തിൽ നിന്നല്ലാതെ പ്ലൂരിപൊട്ടന്റ് stem സെല്ലുകളെ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കുന്നത് മൂലകോശ ഗവേഷണരംഗത്ത് വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒന്നായി കരുതുന്നു. അതുകൊണ്ടു തന്നെയാണ് mature ആയിട്ടുള്ള (അഡൾട്ട്) സെല്ലുകളെ റീപ്രോഗ്രാം ചെയ്ത് പ്ലൂരിപൊട്ടന്റ് സെല്ലുകൾ ഉണ്ടാക്കാം എന്ന കണ്ടുപിടുത്തത്തിന് ഷിൻയാ യമനകയ്ക്കും ജോൺ ഗർഡനും 2012 വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിൽ നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചത്. Induced pluripotent stem സെല്ലുകൾ നിർമിക്കാൻ ആവശ്യമായ റീപ്രോഗ്രാമിങ് ഘടകങ്ങൾ കണ്ടെത്തുന്നതിൽ യമനക മുഖ്യപങ്കുവഹിച്ചു.

Stem സെല്ലുകൾ മരുന്നുകൾക്കു പകരമായി വിവിധരോഗങ്ങളുടെ ചികിത്സയ്ക്കായി ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്നാണ് കേംബ്രിജ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ Regenerative Medicine ലെ പ്രൊഫസർ Roger Pedersen പ്രത്യാശിക്കുന്നത്. ശരീരത്തിലെ matured ആയ കോശങ്ങളെയും പ്ലൂരിപൊട്ടന്റ് ആക്കാമെന്ന കണ്ടെത്തൽ patient specific stem സെല്ലുകൾ (hence, patient specific medicine) എന്ന ആശയത്തിലേക്കാണ് വിരൽ ചൂണ്ടുന്നത്. 'സ്‌പൈനൽ കോഡിലെ ഇഞ്ചുറി മാറ്റാൻ ത്വക്കിലെ കോശങ്ങൾക്കു കഴിയുക' എന്നതുപോലെയുള്ള സാധ്യതയാണ് നമ്മുടെ മുന്നിലുള്ളത്.

പ്ലൂരിപൊട്ടന്റ് stem സെല്ലുകളെ രക്തത്തിൽ നിന്നു വേർതിരിച്ചെടുക്കാനും Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) പോലുള്ള രോഗങ്ങളുടെ ചികിത്സയ്ക്ക് ഉപയോഗിക്കാനുമുള്ള ഒരു പ്രോട്ടോക്കോൾ 2010ൽ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. ചികിത്സ സ്വീകരിച്ച 12ൽ ഒരാൾ മാത്രമേ ജീവിച്ചിരിക്കുന്നുള്ളുവെങ്കിലും രണ്ടുവർഷത്തിലൊരിക്കലുള്ള കോശസ്വീകരണത്തിലൂടെ അയാളുടെ രോഗാവസ്ഥ കൺട്രോൾ ചെയ്തു നിർത്താൻ കഴിയുന്നുണ്ട്. ചികിത്സകരെക്കൂടി ഉൾക്കൊള്ളിച്ചുകൊണ്ടുള്ള ബൃഹത്പദ്ധതികളിലൂടെയേ stem cell therapy വിജയത്തിലെത്തിക്കാൻ കഴിയൂ. ഈ വിഷയത്തിൽ ഗവേഷണങ്ങളിലൂടെ നാൾക്കുനാൾ വികസിക്കുന്ന വിജ്ഞാനം ചികിത്സാരംഗത് വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കുമെന്ന് പ്രത്യാശിക്കാം.

References:
(Clickable links)

1. Fraudulent Human Embryonic Stem Cell Research in South Korea: Lessons Learned

2. Stem-cell therapy

3. Induced pluripotent stem cell

4. Epigenetic Marks

5. Stem Cell Transcription Factors and Regulators

6. RNAi in embryonic stem cells

7. Somatic cell nuclear transfer

8. Are Stem Cells The Future Of Medicine?