Ученые разработали революционную технику, получившую название «перепрограммирование временного наивного лечения (TNT)». Этот метод позволяет перепрограммировать человеческие клетки, чтобы они больше напоминали эмбриональные стволовые клетки, решая давнюю проблему регенеративной медицины. Прорыв команды обещает установить новые стандарты клеточной терапии и исследований. (Человеческие iPS-клетки.)
Новый метод перепрограммирования клеток человека, чтобы лучше имитировать эмбриональные стволовые клетки.
В революционном исследовании, опубликованном 16 августа в журнале Nature, австралийские учёные решили давнюю проблему регенеративной медицины. Они разработали новый метод перепрограммирования человеческих клеток, чтобы лучше имитировать эмбриональные стволовые клетки, что имеет важное значение для биомедицинских и терапевтических целей. Группу исследователей возглавили профессор Райан Листер из Института медицинских исследований Гарри Перкинса и Университета Западной Австралии и профессор Хосе М. Поло из Университета Монаша и Университета Аделаиды.
История и проблемы перепрограммирования клеток
В середине 2000-х годов произошло революционное достижение: было обнаружено, что нерепродуктивные взрослые клетки организма, называемые «соматическими» клетками, можно искусственно перепрограммировать в состояние, напоминающее эмбриональные стволовые (ЭС) клетки, обладающие способностью затем сгенерируйте любую клетку тела.
Трансформирующая способность искусственно перепрограммировать соматические клетки человека, такие как клетки кожи, в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые (iPS) клетки, дала возможность создать практически неограниченный запас ES-подобных клеток. Это широко применяется в моделировании заболеваний, скрининге лекарств и клеточной терапии.
«Однако постоянная проблема традиционного процесса перепрограммирования заключается в том, что iPS-клетки могут сохранять эпигенетическую память о своем исходном соматическом состоянии, а также о других эпигенетических аномалиях», — сказал профессор Листер. «Это может создать функциональные различия между iPS-клетками и ES-клетками, которые они должны имитировать, и специализированными клетками, впоследствии полученными из них, что ограничивает их использование».
Знакомство с техникой перепрограммирования TNT
Профессор Хосе Поло, который также работает в Институте биомедицинских открытий Монаша, объяснил, что теперь они разработали новый метод, называемый перепрограммированием временного наивного лечения (TNT), который имитирует перезагрузку эпигенома клетки, которая происходит на очень ранних стадиях эмбрионального развития. .
«Это значительно уменьшает различия между iPS-клетками и ES-клетками и максимизирует эффективность применения iPS-клеток человека», — сказал он.
Доктор Сэм Бакберри, ученый-компьютерщик из Института Гарри Перкинса, UWA и Института детей Telethon, а также один из первых авторов исследования, сказал, что, изучая, как эпигеном соматических клеток менялся в процессе перепрограммирования, они точно определили, когда возникают эпигенетические аберрации. и представил новый шаг сброса эпигенома, чтобы избежать их и стереть память.
Доктор Сяодун Лю, специалист по стволовым клеткам, который также возглавлял исследование, сказал, что новые человеческие TNT-iPS-клетки гораздо больше напоминают человеческие ES-клетки – как молекулярно, так и функционально – чем те, которые производятся с помощью обычного перепрограммирования.
Улучшенные результаты с помощью метода TNT
Доктор Дэниел Поппе, клеточный биолог из UWA, Института Гарри Перкинса и соавтор, сказал, что iPS-клетки, полученные с помощью метода TNT, дифференцируются во многие другие клетки, такие как клетки-предшественники нейронов, лучше, чем iPS-клетки, полученные с помощью TNT. стандартный метод.
Студент Университета Монаш и один из первых авторов Цзя Тан сказал, что метод ТНТ, использованный командой, был динамитом.
«Он решает проблемы, связанные с традиционными iPS-клетками, которые, если их не решить, могут иметь серьезные пагубные последствия для клеточной терапии в долгосрочной перспективе», — сказал он.
Будущие последствия и исследования
Профессор Поло сказал, что, несмотря на их прорыв, точные молекулярные механизмы, лежащие в основе аберраций эпигенома iPS и их коррекции, до конца не известны. Чтобы понять их, необходимы дальнейшие исследования.
Исследователи из Weill Cornell Medicine обнаружили, что кости позвонков сформированы из уникального типа стволовых клеток, который высвобождает белок MFGE8, способствующий метастазированию опухоли. Это открытие дает представление о заболеваниях позвоночника и причинах частого распространения опухолей на позвоночник, а также может проложить путь к новым методам лечения в ортопедии и онкологии.
По данным исследования, проведенного исследователями из Weill Cornell Medicine, кости позвоночника происходят из уникального типа стволовых клеток, который секретирует белок, способствующий метастазам опухоли. Этот прорыв открывает путь к новому направлению исследований заболеваний позвоночника, дает представление о том, почему солидные опухоли часто метастазируют в позвоночник, и может привести к появлению новых ортопедических и онкологических методов лечения.
В исследовании, опубликованном 13 сентября в журнале Nature, исследователи обнаружили, что позвоночная кость происходит из стволовых клеток, которые отличаются от других стволовых клеток, образующих кости. Используя костноподобные «органоиды», изготовленные из стволовых клеток позвонков, они показали, что известная тенденция опухолей распространяться на позвоночник – в большей степени, чем на длинные кости, такие как кости ног – обусловлена в основном белком под названием MFGE8, секретируемым этими стволовыми клетками. клетки.
«Мы подозреваем, что многие заболевания костей, преимущественно затрагивающие позвоночник, обусловлены особыми свойствами стволовых клеток позвоночной кости», — сказал старший автор исследования доктор Мэтью Гринблатт, доцент кафедры патологии и лабораторной медицины и член организации Сандры и Эдварда Мейер. Онкологический центр в Weill Cornell Medicine и патолог в New York-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.
В последние годы доктор Гринблатт и другие ученые обнаружили, что разные типы костей образуются из разных типов костных стволовых клеток. Поскольку позвонки, по сравнению с другими костями, такими как кости рук и ног, в раннем возрасте развиваются по другому пути, а также, по-видимому, имеют четкую эволюционную траекторию, доктор Гринблатт и его команда предположили, что, вероятно, существуют отдельные стволовые клетки позвонков. .
Исследователи начали с выделения из различных костей лабораторных мышей так называемых скелетных стволовых клеток, которые дают начало всем костям и хрящам, на основе известных поверхностных белковых маркеров таких клеток. Затем они проанализировали активность генов в этих клетках, чтобы увидеть, смогут ли они найти четкий паттерн для тех, которые связаны с позвоночной костью.
Эта попытка привела к двум ключевым выводам. Первым было новое и более точное определение скелетных стволовых клеток в целом на основе поверхностных маркеров. Это новое определение исключило ряд клеток, не являющихся стволовыми клетками, которые были включены в старое определение стволовых клеток, что затмило некоторые предыдущие исследования в этой области.
Второе открытие заключалось в том, что скелетные стволовые клетки из разных костей действительно систематически различаются по своей генной активности. В результате этого анализа команда определила особый набор маркеров стволовых клеток позвонков и подтвердила функциональную роль этих клеток в формировании костей позвоночника в дальнейших экспериментах на мышах и в системах культивирования клеток в лабораторных чашках.
Затем исследователи исследовали феномен относительной привлекательности позвоночника для метастазов опухолей, включая метастазы опухолей молочной железы, простаты и легких, по сравнению с другими типами костей. Традиционная теория, возникшая в 1940-х годах, заключается в том, что этот «спинальный тропизм» связан с особенностями кровотока, которые преимущественно переносят метастазы в позвоночник, а не в длинные кости. Но когда исследователи воспроизвели феномен спинального тропизма на животных моделях, они обнаружили доказательства того, что кровоток не является объяснением — более того, они нашли подсказку, указывающую на возможные виновники стволовых клеток позвонков.
«Мы заметили, что место первоначального посева метастатических опухолевых клеток находилось преимущественно в области костного мозга, где должны были располагаться стволовые клетки позвонков и клетки их потомков», — сказал первый автор исследования доктор Цзюнь Сунь, постдокторант из лаборатории Гринблатта.
Впоследствии команда обнаружила, что удаление стволовых клеток позвонков устраняет разницу в частоте метастазирования между костями позвоночника и длинными костями. В конечном итоге они определили, что MFGE8, белок, секретируемый в больших количествах позвоночными клетками по сравнению со стволовыми клетками длинных костей, вносит основной вклад в спинальный тропизм. Чтобы подтвердить актуальность результатов на людях, команда в сотрудничестве с исследователями из Больницы специальной хирургии идентифицировала человеческие аналоги стволовых клеток позвонков мыши и охарактеризовала их свойства.
В настоящее время исследователи изучают методы блокировки MFGE8, чтобы снизить риск метастазирования в позвоночник у онкологических больных. В более общем плане, по словам доктора Гринблатта, они изучают, как отличительные свойства стволовых клеток позвонков способствуют развитию заболеваний позвоночника.
«В ортопедии есть раздел, называемый ортопедией позвоночника, и мы думаем, что большинство состояний в этой клинической категории связаны с стволовыми клетками, которые мы только что идентифицировали», — сказал доктор Гринблатт.
Ученые обнаружили, что неонатальные мезенхимальные стволовые клетки из выброшенной сердечной ткани могут уменьшить воспаление кишечника и улучшить заживление ран на мышиной модели илеита, похожего на болезнь Крона. Исследование предлагает многообещающую альтернативу лечению, которая позволяет избежать недостатков существующих лекарств.
Исследования на мышах показали уменьшение воспаления кишечника и улучшение заживления ран.
Исследование, проведенное Детской больницей Энн и Роберта Х. Лурье в Чикаго, показало, что прямая инъекция неонатальных мезенхимальных стволовых клеток, полученных из сердечной ткани, обычно удаляемой во время операции, уменьшает воспаление кишечника и способствует заживлению ран на мышиной модели илеита, похожего на болезнь Крона. заболевание, характеризующееся хроническим воспалением кишечника и прогрессирующим повреждением тканей.
Исследование, опубликованное в журнале Advanced Therapeutics, предлагает новый многообещающий альтернативный подход к лечению, который позволяет избежать ловушек нынешних лекарств от болезни Крона, включая снижение эффективности, серьезные побочные эффекты и повышенный риск желудочно-кишечной дисфункции.
«Неонатальные мезенхимальные стволовые клетки, полученные из сердца, использовались в клинических испытаниях для восстановления поврежденного сердца, но это первый раз, когда эти мощные клетки изучаются на модели воспалительного заболевания кишечника», — сказал старший автор Арун Шарма, доктор философии, из Детский научно-исследовательский институт Стэнли Манна в детской больнице Лурье, директор отделения детской урологической регенеративной медицины и хирургических исследований, а также доцент кафедры урологии и биомедицинской инженерии в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета и Инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета. «Наши результаты обнадеживают и определенно предоставляют новую платформу для потенциального лечения аспектов хронических воспалительных заболеваний кишечника».
Доктор Шарма объясняет, что прежде чем станет возможным клиническое использование этих стволовых клеток для лечения болезни Крона, его команде необходимо преодолеть препятствия, связанные с их применением. В текущем исследовании на животных стволовые клетки вводили непосредственно в воспалительные поражения тонкой кишки, что требует хирургического вмешательства. Следующим шагом будет разработка безопасного способа введения их в организм через вену, аналогично взятию крови из руки пациента. Прежде чем этот новый подход к лечению сможет перейти к клиническим испытаниям, потребуются дополнительные исследования на животных.
«В конечном итоге наша цель — использовать этот тип клеток в качестве лечения, а также в качестве профилактической меры до того, как разовьются признаки и симптомы болезни Крона», — сказал доктор Шарма. «Мы также могли бы применить этот подход к другим воспалительным заболеваниям. Потенциал огромен, и мы рады двигаться вперед».