Neue Möglichkeiten, Stammzellen zu gewinnen, effizienter

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) gehören zu den wichtigsten Werkzeugen in der modernen biomedizinischen Forschung, die neue und vielversprechende Möglichkeiten in der Präzisions-Medizin. Um diese zu erstellen erfordert das transformieren einer Zelle, die von einem Typ, wie Haut, in so etwas wie ein unbeschriebenes Blatt, so dass es das Potenzial hat, nahezu jede andere Art von Zelle im Körper, nützlich für regenerative Therapien für alles von Herzerkrankungen zu diabetes.

Allerdings werden die derzeitigen Methoden, um Pluripotenz zu induzieren, sind ineffizient: In einer charge von 100 Zellen geplant, für die Programmierung, nur fünf oder so die kompletten übergang. Eine neue Studie, die heute veröffentlicht [7. Mai 2019] in Cell Reports von einem team von Forschern an der University of Wisconsin-Madison Wisconsin Institute für Discovery (WID) und der School of Medicine und die Öffentliche Gesundheit verbessern könnte, dass Effizienz.

Es beschreibt die kombinierte Labor-und computergestützten Methoden führen zu besseren Abschluss Pluripotenz, ein schneller Prozess, und verbessert das Verständnis, wie Zellen werden neu programmiert, von einem Zelltyp zu einem anderen, zum Beispiel, die Umwandlung eine Hautzelle, um eine Herz-Zelle. Und es enthält einige überraschungen, sagen die Autoren.

„Die Zellen Durchlaufen eine Neuprogrammierung nicht so tun, in einer schrittweisen Art und Weise“, sagt student Zafirah Zaidan, ein von der Studie führen die Autoren.

Traditionell dachten die Wissenschaftler, dass bestimmte Schritte müssen nacheinander auftreten während der re-Programmierung. Dieser wurde auf der Grundlage von Maßnahmen der gen-expression über die gesamte Bevölkerung von Zellen zu verschiedenen Zeitpunkten, was zu durchschnittlichen expressionsprofile für die ganze Gruppe. Sie dachte, dass für eine Zelle, erfolgreich umprogrammiert, die Gene, die code für die spezifischen Funktionen der differenzierten Zelle (Haut) unterdrückt werden müssen, oder „ausgeschaltet“ werden, bevor Forscher könnten wiederum auf Ihre Fähigkeit, sich in die neue Art der Zelle (Herz).

Aber als Studienleiter Rupa Sridharan, professor für Zell-und regenerative Biologie an der WID, die ein Studium der Epigenetik der Zelle Schicksal, begann die Untersuchung einzelner Zellen zu einem Zeitpunkt, eine Technik, bekannt als scRNA-seq, Ihre Forschung team fand heraus, dass einzelne Zellen aktivieren können Eigenschaften von Pluripotenz ohne Herunterfahren Ihrer differenzierten Eigenschaften. In anderen Worten, eine Haut, die Zelle nicht komplett aufgeben, als eine Hautzelle, bevor Sie beginnen können, den Weg zu einem Herz-Zelle.

Sridharan team arbeitete mit algorithmen entwickelt, durch die co-Autorin Sushmita Roy, professor von Biostatistik und medizinische informatik WID, zur Durchführung der Analysen. Roy ist ein Experte in der Verwendung von statistischen Berechnungsmethoden zu ermitteln regulatorische gen-Netzwerke, die Sammlung von Genen und Molekülen zu modifizieren, dass die Interaktion während der Entwicklung, Zelldifferenzierung, und in Reaktion auf die Umwelt hinweisen.

„scRNA-seq revolutioniert die Biologie und eröffnet eine Menge Chancen zu gewinnen ein high-resolution-Ansicht von gene regulatory networks“, sagt Roy.

Die Einsicht erlaubt, die Forschungs-team, um vor Ort die Unterschiede sich zwischen den einzelnen Zellen, was Roy sagt, das ist nur der Anfang. Das Werkzeug kann angewendet werden, um andere, ähnliche biologische Fragen, wie das Verständnis, wie funktionale Zellen tumorigen.

„Es gibt eine Menge von Raum zu entwickeln, die richtige Art von computational tools, um das vorhandene Potenzial voll auszuschöpfen diese single-cell-RNA-seq-Datensätze“, sagt Sie.

Inzwischen Sridharan sagt, dass Zellen, die sich wiederum auf die Pluripotenz, ohne abschalten Ihrem differenzierten Funktionen sind gute Kandidaten für den Abschluss der transition. Die Fokussierung auf solche Zellen kann ein Weg zu mehr Effizienz.

Ihr Labor verfügt bereits Erfolge mit Medikamenten, die helfen Barrieren zu überwinden, um eine effiziente Reprogrammierung durch die Modulation der Signaltransduktion und anderen Genregulation Wege. Diese umfassen einen neuen cocktail von kleinen Molekülen, die springen können, starten Sie den Zellzyklus in iPS-Zellen, die helfen, dass Sie kommen schneller an Ihre neue Schicksale. Die Studie findet diese erhöhen die Erfolgsquote auf rund 40 Prozent und verkürzt die Zeit-Skala der induzierten Pluripotenz.

Sridharan sagt, dass das hinzufügen von Molekülen, down-regulieren die Differenzierung könnte eine weitere Steigerung der Effizienz, obwohl die Studie nicht testen. Profiling-das epigenom bei der Einzel-Zell-Ebene wird Ihr erlauben, zu bestimmen, welche Gene sind bereit, zu ändern Ausdruck vor, der Ausdruck selbst beginnt.

Roy ‚ s algorithmen gab auch Einblick in die regulatorischen Netzwerke ändern, wie der Chemische cocktail verpasst. Denn die Identifizierung von kleinen Molekülen, um weiter kann der Schlüssel zu entsperren weitere Effizienzgewinne. Durch die Kombination von Labor-und computergestützten tools, Sridharan fragt: „Können wir Rational kommen mit dem, was das Molekül soll das sein?“ Die Antwort könnte die Zukunft der regenerativen Therapien und Präzision Medizin.