Maswali Matano Kuhusu Tuzo ya Nobel ya Fiziolojia na Tiba

Ugunduzi wa namna ya kubadili chembechembe hai (cell) ya aina yoyote ili iwe na uwezo wa kujibadili kuwa aina nyingine, umewapatia Sir John Gurdon na Prof. Shinya Yamanaka tuzo ya Nobel ya Fiziolojia na Tiba (Physiology and Medicine) ya mwaka 2012. Vijana FM imemuhoji ndugu Daniel Maeda, mtafiti wa shahada ya uzamivu kwenye fani hii ili atupatie mawili matatu kuhusu umuhimu wa utafiti huu.

1. Ni kwa namna gani chembechembe hai kutoka kwa mfano, msuli,  zinaweza kutumiwa kuumba aina nyingine ya chembechembe hai, viungo,  au kiumbe mzima? Aina hii ya teknolojia haiwezi kutumiwa vibaya kujaribu kuumba binadamu?

Hapo kuna maswali mawili, ila kabla sijayapatia majibu ningependa kutoa maelezo kidogo ya msingi.

Pale ambapo yai la kike linapopandwa na mbegu ya kiume chimbuko huwa chembechembe hai moja iitwayo Zygote ambayo ina viininasaba (genes) vya mama na baba. Hii zygote ndio mwanzo wa kiumbe kipya. Ili kuweza kuwa kiumbe mzima mwenye chembechembe hai nyingi, zygote inabidi ajigawanye maradufu ili kuzidisha idadi ya chembechembe hai. Lakini kujigawanya huku hakufanywi kiholela, bali ni kwa kufuata mlolongo uliyopangwa vyema. Mlolongo huu unafuata mgawanyiko wenye kuzidisha mara mbili, kwahiyo ile zygote moja ya mwanzoni hujigawanya na kuwa chembechembe hai mbili, halafu kuwa nne, nane n.k, mpaka kiumbe kuwa na chembe chembe hai zaidi ya billioni moja ambazo ndio idadi zinazomtimiza binadamu kwa mfano. Sambamba na mgawanyiko huu, chembechembe hai hizi pia huanza kujitenga kikazi, yaani baadhi yao zinakuwa kama uzio unaozunguka chembechembe hai nyinginezo zilizomo ndani, na hatua hii kitaalamu huitwa Blastocyst.  Chembechembe hai zinazoumba uzio wa Blasotcyst ndizo ambazo baadae zinakuja kuwa mfuko wa uzazi (placenta), na ndani yake kwenye sehemu inayoitwa Inner Cell Mass kunakuwa na chembechembe hai ambazo baadae huunda viungo vyote vya kiumbe kuanzia misuli, ubongo, moyo, maini, figo, ngozi n.k. Chembechembe hai zenye uwezo huo zinaitwa kitaalamu Seli Shina za Kiinitete (Embryonic Stem Cells). Chembechembe hai hizi huendelea kujigawanya wakati wa ujauzito mpaka kuweza kupata viungo vyote vya kiumbe husika.

Tuzo ya Nobel ya mwaka huu yahusika na hizi Seli Shina za Kiinitete. Mwaka 1981 watafiti waliweza kutenganisha kutoka kwenye mimba changa ya panya na kuziotesha nje ya mwili wa panya Seli Shina za Kiinitete. Chembechembe hai hizi ziliweza kuotesha chembechembe hai nyingi za moyo, ubongo na maini. Mnamo mwaka 1998 watafiti wengine waliweza kufanya hivyo hivyo kwa kutumia chembechembe hai za binadamu.

Nianze na swali la kwanza. Wakati wa ujauzito kuanzia pale ambapo Seli Shina za Kiinitete zinapogawanyika na kubadilisha utambulisho wake kutoka kuwa Seli Shina na kuwa chembechembe hai za ubongo kwa mfano na hadi inapofika mama mjamzito anapojifungua, kiumbe mchanga hukosa Seli Shina za Kiinitete mwilini mwake. Chembechembe hai za aina hii zote zinakuwa zimetumika kuunda viungo vya kiumbe huyo mchanga. Kwa mfano, utambulisho wa chembechembe hai kama za misuli hukosa uwezo wa kujibadilisha tena kuwa aina nyingine ya chembechembe hai, yaani zinabaki kuwa za msuli mpaka kifo cha kiumbe. Pamoja na kwamba utambulisho wa chembechembe hai huwa umeshaamuliwa na haubadiliki, lakini pia hizi chembechembe kama za msuli zinavyozidi kukomaa hupungukiwa uwezo wa kujigawanya, na hii hujidhirisha pale mtu anapopata ajali na inabidi akatwe labda mguu au mkono, huo mkono au mguu hauoti tena.

Njia ya kwanza kabisa iliyogunduliwa na watafiti inayoweza kugeuza chembechembe hai za aina moja kuwa za aina nyingine ni kwa kuunganisha kiini cha seli (nucleus) iliyokomaa na ile yai la uzazi, matokeo yake ni kupata Seli Shina za Kiinitete kama vile kwenye uzazi wa kawaida. Chimbuko la chembechembe hai hizi zina uwezo wa kuwa kiungo chochote cha kiumbe kwa kutumia virutubisho husika. Teknolojia hii kitaalamu hufaamika kama uhamisho wa kiini komavu (Somatic Cell Nuclear Transfer) na ndio njia hii iliyotumika kumtengeneza kondoo Dolly mnamo mwaka 1997.

Baada ya ugunduzi huo wa kondoo Dolly serikali nyingi ziliamuru kwa haraka kuwa ni marufuku kujaribu teknolojia hii kutengeneza binadamu mzima. Vibali vinavyoruhusu kutengeneza Seli Shina za Kiinitete kwa kutumia teknolojia hii ni kwa ajili ya tafiti za kawaida na sio kumtenegeneza binadamu, ila hatuwezi kufahamu kwa sasa kama inawezekana au la. Pamoja na kuwa serikali nyingi ziliweka vizingiti kadhaa kwenye utumiaji wa mayai ya uzazi ya binadamu kwasababu za kiimani, ilikuja kuonekana kwamba yule kondoo Dolly alikuwa na matatizo kwenye afya yake ambayo yalikuja mapema mno ukizingatia umri wake wa kuzaliwa.

2. Unaweza kutuelezea chimbuko la teknolojia ya Seli Shina za Kiinitete Shawishi – SSS (induced Pluripotent Stem Cells – iPS), na kutoa maelezo ni kwanini aina hii ya teknolojia ilipata ushabiki ilipogunduliwa miaka michache iliyopita?

Teknolojia ya uhamisho wa kiini komavu niliyogusia awali ilivumbuliwa na Sir John Gurdon na majaribio yake ya mwanzoni aliyafanya kwa chura mnamo miaka kama 40 iliyopita na kuweza kuzalisha chura wapya wengi. Hapo ndipo watafiti mbalimbali wakaanza kutumia ujuzi huo kwa wanyama wengine, na baadae wengine waliweza kutenganisha Seli Shina za Kiinitete za viumbe na pia kuzitumia. Muda wote huo teknolojia kama hizi zilikuwa zinapata vizingiti mbalimbali pale ambapo vinapotaka kutumika kwa chembechembe hai za binadamu. Hii ni kwasababu ya kuwa ili ufanikiwe kwa matumizi hayo ni lazima utenganishe Seli Shina za Kiinitete kwenye mimba changa, kitendo hiki kwa wengi kilionekana ni sawa na kuua mimba changa kwenye  macho ya waumini wa dini mbalimbali. Na pia njia mbadala ya uhamisho wa kiini komavu ilikuwa ina vizingiti kwa sababu ya ugumu wake pamoja na kuwa wanawake inawabidi wawe wanajitolea kuchangia mayai yao ya uzazi.

Hivyo basi jumuiya ya wanasayansi wa fani hii wakawa wanatafuta njia mbadala ya kuwa na Seli Shina za Kiinitete pasipo kutegemea mimba changa. Na katika kutafuta ndipo mwanasayansi Prof. Shinya Yamanaka kutoka Japan alipofanya ugunduzi wa Seli Shina za Kiinitete Shawishi (SSS). Prof. Yamanaka alipochunguza kazi za Sir Gurdon aligundua jambo moja la msingi kwenye majaribio yao ya uhamisho wa kiini komavu. Jambo hilo ni kuwa yai la uzazi huwa na virutubisho vyote muhimu vinavyohitajika ili kugeuza chembechembe hai iliyokomaa ya mwili ili iwe Seli Shina ya Kiinitete.

Utafiti wa Prof. Yamanaka ukamfanya kutaka kufahamu, ni viinisaba gani vinavyojieleza (expressed) ndani ya yai la uzazi? Ili kupata majibu akaamua kuchukua viininasaba takribani 26 na kuviweka kwenye chembechembe hai iliyokomaa ya ngozi inayoitwa fibroblast kwa kutumia virusi ili kubeba hivyo viininasaba. Cha kushangaza ni kwamba baada ya kuviingiza viininasaba hivyo ndani ya fibroblast na kuvikuza kama Seli Shina za Kiinitete, baada ya takribani mwezi mmoja seli ambazo zilifanana na Seli Shina za Kiinitete ziliota na aliweza kuzitenganisha na kuziotesha. Zilipopimwa kwa njia mbali mbali zilifahamika kuwa na alama na uwezo unaofanana na Seli Shina za Viinitete kama kuweza kuunda seli za moyo, maini n.k. Prof Yamanaka alitengeneza hizi SSG kwa viumbe mbali mbali kuanzia panya, binadamu, na panya buku, na kazi yake ilihakikiwa na watafiti wengine wengi duniani na sasa imekuwa ndio teknolojia inaotumika na watafiti wengi sana kutengeneza Seli Shina za Kiinitete.  Prof. Yamanaka aliweza pia kutengeneza SSS baada ya hata kupunguza idadi ya viininasaba na kufikia 4, na hadi 3 ambazo jumuiya ya watafiti wameviita Yamanaka factors.

3. Unaweza kutuelezea kwa kifupi manufaa yanayoweza kutokea kutokana na sayansi na teknolojia hii ya iPS/SSS, na umuhimu wake kwa ajili ya matumizi au elimu katika nchi zinazoendelea kiuchumi?

Kitaaluma manufaa yake ni lukuki kwani sasa tunaweza kuelewa jinsi viungo vinavyoundwa kiundani zaidi. Tuna uwezo pia wa kuelewa chimbuko la magonjwa hasa hasa ya kurithi na yale ambayo sio ambukizi ili kupata dawa mpya kwa ajili ya matibabu. Tukumbuke pia dawa nyingi huwa zina madhara upande ya matumizi ambayo ni tofauti kwa kila binadamu, na hivyo kwa teknolojia ya SSS tunaweza kufanya majaribio ya madhara madawa kwa binadamu kabla hata ya mgonjwa kuyatumia.

Kwa nchi zetu maskini uwezekano waweza kuwa kupitia uchunguzi wa kugundua dawa mpya kwa ajili ya magonjwa yanayosumbua nchi zetu kwani hii teknolojia yawezesha kuwa na mifano sahihi ya kuwasoma vimelea vya magonjwa yanayotusumbua.

Kwa matumizi inatarajiwa kwamba teknolojia hii itakuja kuwezesha kuotesha viungo muhimu kwa binadamu ambavyo huweza kutumia pale anapopata ajali au ugonjwa kwenye kiungo husika kwa mfano kwenye ugonjwa wa kisukari.

4. Ni changamoto zipi ambazo bado zipo katika tafiti huu wa mfumo wa SSS?

Changamoto ni nyingi kama ilivyo kwenye teknolojia changa yoyote. Baadhi ya changamotot ni:  (1) Kuweza kuongeza ufanisi wa kuotesha hizi SSS toka kwenye chembechembe hai zilizokomaa ili kuzigeuza kuwa seli za viungo muhimu. (2) Kuweza kuotesha maabara hizi SSS bila kutumia virusi kubeba hivyo viinisaba muhimu kwa kupata mbadala wa kutumia kemikali kwa mfano.

5. Unaweza kutuelezea kwa kifupi na kiujumla nia ya utafiti wako katika eneo la utafiti kwenye Seli Shina za Kiinitete na matarajio yake?

Utafiti wangu unahusu kuotesha seli za maini kutumia SSS ambazo zitakuwa bado na uwezo wa kujigawanya ili kuongeza idadi, na ziweze kutimiza kazi ya kawaida ya chembechembe hai za maini zitakapowekwa kwenye mgonjwa anayezihitaji. Kwa sasa natumia panya kama mnyama mfano kwenye kazi zangu. Matarijio ni kuweza kutumia nitakachogundua kwa ajili ya matumizi kwenye chembechembe hai za binadamu.

Vijana FM ingependa kutoa shukrani za dhati ndugu Daniel Maeda kwa maelezo yake barabara kuhusu fani hii muhimu, na inayochipuka. Tunamtakia kila la heri katika hekaheka zake za utafiti.