Пошук і селекція реального інноваційного контенту в біомедичних проектах за допомогою методів і прийомів ТРВЗ (частина друга)

2013-12-21

Андрій ( Гавріель ) Лівшиць

Біологам вдалося знайти спосіб отримання індукованих стовбурових клітин без використання методів генної інженерії - звичайні клітини перетворили на стовбурові виключно за рахунок впливу хімічних речовин. Подробиці з посиланням на статтю вчених в Science призводить Nature News.
Експеримент учених з університету Пекіна в Китаї був проведений на клітинах мишей. Замість того , щоб впроваджувати в ці клітини додаткові фрагменти ДНК , дослідники впливали на них хімічними речовинами. Біологи шукали молекули , які здатні викликати той же ефект, що і активація ключового для перепрограмування клітин гена Oct4 . На попередніх етапах своєї роботи дослідники перебрали близько десяти тисяч речовин.
Спочатку вчені знайшли одна речовина , яке викликає в клітинах ряд змін , що нагадують початковий етап перепрограмування . Ці зміни не приводили до перетворення клітини в стволовую , але фахівці продовжили роботу і додали ще один компонент : 3 - деазанепланоцін А , скорочено DZNep . Цей реактив вже був добре відомий молекулярним біологам в якості інгібітора метилювання ДНК , тому його додавання принесло перший позитивний результат - кілька кліток перетворилися на стовбурові .
Додавання інгібітора метилювання ДНК ( речовини, що блокує реакцію додавання до ДНК метильних груп ) виявилося критично важливим кроком за рахунок впливу на механізм регуляції активності генів. Метилована ДНК в клітинах недоступна для зчитування , а її повернення в звичайну форму , навпаки, дозволяє читання генетичної інформації з наступним синтезом білків. Інгібітори метилювання ДНК , включаючи DZNep , інші групи вчених досліджували в тому числі як засіб для реактивації молчащих генів в ракових клітинах. Китайські фахівці змогли знайти цьому реактиву застосування в процесі отримання стовбурових клітин.
Підсумковий рецепт перепрограмування передбачає не тільки вплив речовиною , здатним замінити впровадження в клітку додаткових копій гена Oct4 і не тільки DZNep . Ще п'ять інгредієнтів дозволили істотно підвищити ймовірність успішної клітинної трансформації , аж до 0,2 відсотка. Цей показник , як відзначають дослідники , зіставимо з результатами генноїнженерного перепрограмування .
Проведені з виділеними з культури перепрограмувати (або індукованими ) стовбуровими клітинами досліди показали , що вони мають ті ж властивості , що і стовбурові клітини геноінженерний природи. Крім того , автори методики підкреслюють безпеку обраних реактивів : п'ять компонентів з семи вже зареєстровані в якості лікарських засобів , що передбачає проходження необхідних перевірок .
Дослідникам з Орегонського університету науки і здоров'я разом з колегами з школи медицини при університеті Бостона і університету Махідола в Бангкоку ( Таїланд ) вдалося втілити в життя колись популярну в генетиці ідею : замість того , щоб перепрограмувати зрілі клітини в стволові або просто витягати їх з ембріонів , вчені спочатку клонували дорослої людини з фібробласта , а потім з клона отримали стовбурові клітини.
Під « ембріоном » в статті дослідників для журналу Cell маються на увазі зовсім не плід з розлогою нервовою системою , а бластоцисти . Їх отримують з донорських яйцеклітин і при цьому навіть не запліднюють : ні про яке « абортивному матеріалі » мова не йде.
Учені підкреслюють , що за допомогою ембріональних стовбурових клітин передбачається лікувати загрожують життю захворювання , з їх допомогою можна відновлювати втрачені органи , а донорські яйцеклітини отримані від добровольців , яким виплачується кілька тисяч доларів. Донорство в наукових цілях навіть простіше медичного , так як не вимагає синхронізації менструальних циклів донора і реципієнта , а безпеку процедури порівнянна з донорством кісткового мозку.
Отримані з бластоцист клітини відрізнялися усіма ознаками стовбурових , і раніше аналогічні мавпячі клітини вдалося перетворити на клітини підшлункової залози , кісткового мозку , гепатоцити (клітини печінки) , нейрони і навіть клітини серцевого м'яза , які могли синхронно скорочуватися один з одним. Перша лінія стовбурових клітин була отримана з клонів , створених на основі клітин шкіри людського плода ( знову пояснимо: лабораторія замовила стандартну культуру клітин , а не працювала безпосередньо з абортивним матеріалом ) , а другу лінію дослідники отримали за допомогою генетичного матеріалу 8 - місячної дитини з рідкісним вродженим захворюванням , синдромом Лея . Це вкрай рідкісний розлад викликається дефектом мітохондрій і супроводжується порушеннями в роботі нервової системи , а отримання стовбурових клітин могло б допомогти дослідникам у пошуку можливих методів лікування.
Терапевтичне клонування має перед альтернативними методиками дві переваги . На відміну від перепрограмованих клітин , клонованими ембріональні можуть мати більший потенціал до перетворення в будь-які потрібні тканини , а в порівнянні із звичайними ембріонами вони не вимагають унікального генетичного матеріалу : клоновані ембріони генетично не відрізняються від клітин самого пацієнта.
Вчені виявили , що викликають проказу бактерії Mycobacterium leprae здатні перетворювати гліальні ( шванновские ) клітини мозку в стовбурові і використовувати їх для поширення по організму. Робота опублікована в журналі Cell , а її короткий зміст наводить NatureNews .
Шванновскими називають допоміжні клітини мозку , які оточують волокна нейронів , обертаючись навколо них подібно шубі. Шванновские клітини забезпечують електричну ізоляцію нейронів , завдяки якій збільшується швидкість проведення збудження. Як і більшість клітин глії , вони зазвичай не пересуваються по організму і живуть завжди на одному місці.
Автори дослідження виявили , що мікобактерії прокази M. leprae , проникнувши в шванновские клітини , перепрограмують їх в стовбурові . Це робиться для того , щоб використовувати останні в якості транспорту . Стовбурові клітини мозку , на відміну від дозрілих , часто мігрують на досить значні відстані . Заражені ж бактеріями стовбурові клітини , як виявили автори , проникають в м'язи , проходячи крізь бар'єр, що відокремлює мозок від решти організму .
Перепрограмування здійснюється шляхом виключення « зрілих » і включення «дитячих» генів шванновских клітин. Приблизно також стовбурові клітини вдалося отримати Сін'я Яманака , що отримав в 2012 році за свою роботу Нобелівську премію. Виявлений авторами нової роботи феномен досить незвичайний для бактеріальних інфекцій. В управління генами господаря зазвичай втручаються віруси , які , наприклад , зомбують гусениць шовкопряда , змушуючи їх забиратися на дерева , щоб збільшити радіус поширення віріонів .
Вчені встановили , що розподіл стовбурових клітин мозку управляється генами , пов'язаними з синтезом ліпідів. Робота опублікована в журналі Nature , а її короткий зміст наводить прес -реліз Швейцарського федерального технологічного інституту в Цюріху.
Автори показали , що при інгібуванні синтезу нових ліпідів клітинної мембрани у стовбурових клітин блокуються процеси ділення . Цей синтез , який здійснюється білковим комплексом синтази жирних кислот ( Fasn ) управляється геном Spot14 . На відміну від зрілих нейронів , у стовбурових клітин синтаза Fasn активно працює , перетворюючи споживану глюкозу в " цеглинки " для мембран нових клітин. Такий зв'язок метаболізму з поділом вказує вченим мішень , впливаючи на яку , потенційно можливо стимулювати нейрогенез .
Стовбурові клітини мозку є єдиним джерелом нових нейронів в мозку дорослої тварини . У ссавців вони розташовані в двох областях - в нюхових цибулинах і в області гіпокампу . Перша з цих зон , як показали недавні дослідження , у людини не бере участі в нейрогенез , проте він досить активно йде в другій зоні.
Механізми , що запускають поділ стовбурових клітин і утворення з них нових нейронів поки вивчені досить слабо. Відомо , що на рівні організму на цей процес може впливати фізична активність і ліки - антидепресанти. Детальніше про це може прочитати тут і тут.

Міжнародна група біологів прочитала геном коловертки Adineta vaga і виявила , що ці організми , які відмовилися від статевого розмноження мільйони років тому , через придбаних особливостей геному вже не здатні до нього повернутися . Дослідження опубліковане в журналі Nature.
Ключовою відмінністю генома Adineta vaga , за словами вчених , є « перетасовування » в ньому алельних генів. Ті гени , які в організмів із статевим розмноженням розташовуються на парних хромосомах , у коловерток переплутані - і початково материнська , і початково батьківська копії у Adineta vaga часто знаходяться на одній і тій же хромосомі. Це робить неможливим звичайне статеве розмноження , так як в процесі утворення статевих клітин ( мейозі ) відбувається спарювання хромосом c подальшим обміном генами ( кросинговером ) , а у коловерток багатьом генам просто не з ким паруватися.
Незважаючи на те , що самців коловерток ніколи виявити не вдавалося , вчені до цих пір не могли виключити наявність у них нема кого статевого процесу, що відбувається в дуже рідкісних випадках (навіть серед «звичайних» мікроорганізмів нормою є розмноження безстатевим шляхом , а до статевого процесу вони вдаються дуже рідко).
Крім того , прочитання геному Adineta vaga дозволило встановити , що близько 8 відсотків всієї ДНК безхребетного являють собою послідовності , « вкрадені » у бактерій та інших мікроорганізмів . Те , що коловертки легко включають чужу ДНК в свій геном і підтримують за рахунок неї видове різноманіття , було відомо з 2008 року. Тим не менш, до повного прочитання геному масштаб цього процесу був не цілком ясний.
Відмова від статевого розмноження зустрічається досить часто в різних групах тварин , однак подібний процес завжди веде до відносно швидкого вимирання . Мікроскопічні багатоклітинні коловертки , яких зазвичай можна знайти в калюжах і інших прісних водоймах , є винятком з цього правила. Ця група існує без статевого розмноження , мабуть , вже кілька мільйонів років і встигла розділитися на більш ніж чотири сотні видів . Успіх партеногенезу у коловерток вчені пов'язують з тим , що ці тварини дуже легко запозичують чужу генетичну інформацію , і таким чином , підтримують свою різноманітність .
Група японських дослідників змогла отримати мініатюрну печінку з людських стовбурових клітин. Плюрипотентні клітини перетворилися на диск діаметром 4 міліметри , який підтвердив свою працездатність , будучи пересадженим в організм піддослідної миші з вийшла з ладу власної печінкою. Подробиці роботи наведені в журналі Nature , а коротко про неї розповів Nature News.
Дослідники використовували індуковані плюрипотентні клітини , тобто стовбурові клітини , отримані шляхом перепрограмування зрілих клітин дорослої людини. Далі їх вдалося перетворити як в гепатоцити , так і в клітини судин і сполучної тканини; вчені отримали тривимірну структуру , гістологічний аналіз якої показав наявність всіх необхідних для печінки елементів .
Пересадка вирощених в пробірках мініатюрних дисків діаметром близько чотирьох міліметрів піддослідним мишам продемонструвала працездатність штучної печінки . Через дві доби після операції кровоносні судини тваринного з'єдналися з судинами печінки , а клітини продовжили поділ: орган почав рости далі. Печінка відома своєю високою здатністю до регенерації , тому хворим , яким потрібна нова печінка , часто пересаджують невелику частину органу , взяту у живого донора.
Говорити про швидке впровадження в клінічну практику пересадок печінки зі стовбурових клітин поки не доводиться. Дослідники мають намір спочатку поспостерігати за поведінкою штучної печінки в організмі миші , щоб переконатися в її безпеці і стабільності. Деякі попередні наукові роботи показали , що індуковані стовбурові клітини частіше перероджуються в пухлинні клітини , тому спочатку треба переконатися в здатності нової печінки обмежувати своє зростання і зберігати необхідні функції.
Незважаючи на те , що пересадки печінки добре відпрацьовані і пацієнти після них можуть повертатися до активного життя , їх не можна назвати рутинної і доступною операцією : імунологічні обмеження ускладнюють підбір донора. Для вирішення проблеми дефіциту органів вчені в даний час працюють в декількох напрямках: одні групи намагаються зібрати печінку з готових клітинних культур ( таку печінка вже надрукували на 3D- принтері) , інші намагаються повторити процес формування органу зі стовбурових клітин з нуля.

корисний матеріал? Натисніть: