Omprogrammering af voksne celler, gennembrud ved harvard stamcelle institut


Omprogrammering af voksne celler, gennembrud ved harvard stamcelle institut

Forskere har opdaget en ny måde at skabe stamceller fra hud, der har en meget lavere risiko for kræft - i en rapport i tidsskriftet Celle stamcelle Forskerne siger, at dette er et så stort spring fremad i omprogrammeringen af ​​humane voksne celler, at Harvard Stem Cell Institute vil begynde at bruge deres nye metode til straks at gøre patient- og sygdomsspecifikke inducerede pluripotente stamceller (iPS-celler). Pluripotente stamceller kan blive til enhver form for human celle.

Doug Melton, medformand for Harvard's Department of Stem Cell og Regenerative Biology, sagde:

Dette arbejde fra Derrick Rossi og hans kolleger løser en af ​​de store udfordringer, vi står over for, når vi forsøger at bruge en patients egne celler til at behandle deres sygdom. Jeg forudsiger, at dette straks bliver den foretrukne metode til at lave iPS-celler fra patienter, og ved HSCI gør vi hele vores iPS-kerne til at bruge denne metode.

Derrick Rossi og team ved Immun Disease Institute på Children's Hospital Boston benyttede syntetisk mRNA til omprogrammering fibroblaster (voksne humane hudceller) og konverterede dem til celler, der synes at være identiske med menneskelige embryonale stamceller. Embryonale stamceller kan omdannes til enhver form for celle, de er byggestenene for alle menneskelige organer og væv.

Forskerne brugte derefter andre mRNA til at programmere nye celler, som de har kaldt RNA-iPS (RiPS) og skabt muskelceller. Disse celler skal kunne omdanne til enhver form for celle.

MRNA bør være sikkert at bruge til behandling af patienter, siger Rossi. MRNA bærer genetiske instruktioner, men trænger ikke ind i DNA'et af målcellerne, i modsætning til iPS-cellerne der for øjeblikket oprettes globalt.

I et interview sagde Rossi:

Vores resultater omhandler tre store hindringer for klinisk translationel anvendelse af iPS-celler. Metoden: på ingen måde bryder medisk integritet, da det ikke nødvendiggør integration af gener eller vira i målcellernes DNA; Det er størrelsesordener mere effektive til at producere iPS-celler end konventionelle iPS-metoder, som var notorisk ineffektive; Og det giver os mulighed for direkte at programmere og lede skæbnen (udvikling) af iPS-cellerne mod klinisk nyttige celletyper.

Det ser ud til, at forskerne har løst alle tre hovedproblemer, som har forvirrede forskere, siden Shinya Yamanaka, en japansk videnskabsmand, brugte fire gener i 2006 for at omdanne fibroblaster til celler med alle egenskaber hos embryonale stamceller. Yamanaka kaldte dem iPS-celler (inducerede pluripotente stamceller) - de kunne blive induceret til at blive enhver form for celle i menneskekroppen.

Imidlertid brugte Yamanaka en virus til at få generne til målcellerne genom, hvilket skabte mindst to store hindringer, når man forsøgte at bruge iPS-celler til sygdomsbehandling:

  • Kræftrisiko - ved at integrere vira kræft kan utilsigtet udløses
  • Ikke identisk med embryonale stamceller - ved at placere generne inde i genomet, kan der forekomme ændringer, der ville ændre egenskaberne af de resulterende iPS-celler.
Forskere verden over har siden da forsøgt at søge andre måder at omdanne voksne celler til iPS-celler for at skabe cellelinier, der bærer gener af syge patienter, så de kan studere sygdommen såvel som at behandle patienter ved at skabe patient- Specifikke cellelinjer for dem. Nu kan de have det, de ledte efter, skriver forskerne.

Rossi forklarer:

De fleste fremgangsmåder til generering af iPS-celler involverer en form for integration i genomet, sædvanligvis viral. Så klart er udviklingen af ​​en teknologi, der ikke bryder genomisk integritet, meget vigtig. Genterapiforsøg har desværre lært os faren ved at forlade vira i genomet, da nogle patienter udviklede kræft, der blev drevet af de integrerede vira. Så når man tænker på strategier for regenerativ medicin, skal man forestille sig at bruge celler, hvis genom ikke er blevet brudt. Vi mener, at det at bruge RNA til at generere transplanterbare celler og væv er en ideel løsning, fordi RNA efter vores bedste kendsgerning er fuldstændig ikke-integreret.

Med andre ord:

  • Rossi og team har skabt mRNA, en kunstig messenger, der bærer instruktionssætene fra de fire gener Yamanaka, der anvendes. MRNA'en instruerer de voksne celler til at omprogrammere, på samme måde som Yamanakas gjorde, men denne gang uden at forstyrre integriteten af ​​den voksne celles genom.
  • Yamaka formåede at gøre det også, men han kunne ikke undgå at forstyrre integriteten af ​​den voksne celles genom.
De resulterende RiPS har ikke virale transgener, så de er mere identiske med humane embryonale stamceller. Da Rossi og team sammenlignede deres RiPS-celler med humane embryonale stamceller, var de langt mere ens sammenlignet med de iPS-celler, der blev genereret med virus.

Så hvordan man konverterer RiPS-celler til celler, forskere har brug for at behandle patienter, såsom betaceller, der er ødelagt i diabetes type 1?

Rossi forklarer:

Indtil dette punkt har det været ekstremt svært at lede cellerne til at differentiere mod særligt skæbne eller celletyper

I øjeblikket for at få celler til at udvikle sig på den måde, du vil have, har forskere påberåbt sig omhyggeligt at kontrollere miljøet, hvor cellerne udvikler, skræddersy vækstmedierne såvel som andre faktorer, således at iPS-cellerne bliver til en bestemt type Af celle.

Rossi sagde:

Vi troede at bruge mRNA kodende celletype specifikke faktorer for at drive skæbnen af ​​iPS celler til den ønskede celle skæbne. Vi begynder at vide mere om, hvilke faktorer der er behov for at skabe bestemte typer celler - et godt eksempel var Doug Meltons gruppes demonstration, at de kun kunne bruge 3 specifikke faktorer til at omdanne voksne eksotrine celler i pancreas til insulinproducerende beta celler.

Imidlertid krævede disse eksperimenter en genbærende virus, der skulle placeres inde i målcellen, sagde Rossi, selv om Melton-gruppen brugte kemikalier i stedet for nogle af vira.

For at kunne vise, at mRNA kunne bruges til at bestemme hvilken vej en iPS-celle udvikler, syntetiserede Rossi og teamet et mRNA med instruktionssætet til fremstilling af muskelceller og demonstrerede, at de kunne bruge dette til effektivt at lede RiPS'en til at blive muskelceller - og uden at underminere integriteten af ​​disse celler genomer.

Rossi tilføjede:

Disse resultater giver os et nyt eksperimentelt paradigme, der sikkert kan bruges i regenerativ medicin.

Forskerne siger, at de har fundet en metode, der er meget mere effektiv end nogen tidligere for at lave iPS-celler.

Rossi fortsatte:

Indtil nu har iPS-cellegenerering været en ekstrem ineffektiv proces. Vores teknik giver mulighed for iPS generation, der er betydeligt mere effektiv end konventionelle tilgange.

Rossi og teamet siger, at deres iPS konverteringseffektivitet spænder fra 1% til 4% af startcellerne, sammenlignet med 0,001% til 0,01% (hvilket plejede at være tilfældet), hvilket betyder, at hvis kun få få startceller anvendes, kan iPS-celler stadig Genereres. Dette kunne være en afgørende fordel, hvis kun nogle få startceller kan opnås fra en patient.

Rossi og kolleger siger, at de også har fundet en måde at overvinde den naturlige cellulære immunitet mod indsættelse af fremmed RNA.

Rossi sagde:

Jeg er sikker på, at ikke det eneste laboratorium havde ideen om at bruge RNA til cellulær omprogrammering. Problemet er, at når du introducerer RNA i en celle, mener cellen, at den bliver smittet af en RNA-virus og gengældes ved at producere et massivt interferonrespons, der effektivt lukker cellefunktionen og kan bevæge cellen til altruistisk selvmord, da det forsøger at stoppe "Viruset" fra at replikere. For at kunne bruge RNA til cellulær omprogrammering havde vi klart brug for at overvinde dette problem. Vores tilgang var at ændre RNA'et, så det ikke længere afværger antivirale reaktioner, når de introduceres i celler. Det modificerede mRNA gjorde os i stand til effektivt at udtrykke proteiner i celler i dage og uger uden at forårsage nogen bivirkning i cellerne. Dette tillod os igen at omprogrammere celle til pluripotency, hvilket er en proces, der kræver flere uger af Yamanaka faktor ekspression.

"Selvom vi udviklede denne teknologi til cellulær omprogrammering, har den faktisk brugervenlighed langt ud over det. Dybest set giver vores teknologi mulighed for transientt at udtrykke noget protein i en celle uden at fremkalde cellens antivirale reaktionsveje. Dette kunne have potentiel terapeutisk fordel hos patienterne Lider af protein mangler.

Doug Melton sagde:

Det er dejligt at se, at HSCI frø tildeles midler til fremragende, innovative og fantasifulde unge forskere som Rossi, der så hurtigt og dramatisk kan ændre et felt.

Klik her for at lytte til Derrick Rossi og Doug Melton beskrive dette værk.

Kilde: Harvard Stem Cell Institute

"Meget effektiv omprogrammering til pluripotens og rettet differentiering af humane celler med syntetisk modificeret mRNA"

Luigi Warren, Philip D. Manos, Tim Ahfeldt, Yuin-Han Loh, Hu Li, Frank Lau, Wataru Ebina, Pankaj K. Mandal, Zachary D. Smith, Alexander Meissner, George Q. Daley, Andrew S. Brack, James J Collins, Chad Cowan, Thorsten M. Schlaeger, Derrick J. Rossi

Cell stamcelle, 30. september 2010

10,1016 / j.stem.2010.08.012

(Thrive Danish) Thrive: Hvad I Alverden Er Det Der Kræves? (Video Medicinsk Og Professionel 2018).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Medicinsk praksis