Wissenschaftler machen die single-cell-Karte umprogrammieren Narbe Gewebe in gesunden Zellen des Herzens

Jedes Jahr 790,000 Amerikaner einen Herzinfarkt erleiden, die Blätter beschädigt Narbengewebe auf das Herz und die Grenzen Ihrer Fähigkeit zu schlagen, effizient. Aber was, wenn Wissenschaftler konnten umprogrammieren Narbengewebe Zellen, die sogenannten Fibroblasten, in gesunden Herz-Muskel-Zellen, die sogenannten kardiomyozyten? Forscher haben große Fortschritte an dieser front mit Labor-Experimenten und Forschung in Mäusen, aber das menschliche Herz Umprogrammierung geblieben ist eine große Herausforderung.

Jetzt, zum ersten mal, Forscher an der McAllister Heart Institute (MHI) an der University of North Carolina in Chapel Hill entwickelt haben, eine stabile, reproduzierbare, minimalistische Plattform neu zu Programmieren menschlichen Fibroblasten-Zellen in kardiomyozyten. Und nutzen die neueste single-cell-Technologien und mathematische simulation haben die Forscher produzierten eine high-resolution molecular roadmap präzise und effiziente Reprogrammierung.

Diese Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Cell Stem Cell heute wurde geführt von senior-Autor Li Qian, Ph. D., Associate Professor für Pathologie und Labor-Medizin und Associate Director des MHI, ein Pionier in der Herz-Umprogrammierung des letzten Jahrzehnts. Ihr Labor ist die Letzte Arbeit geschoben hat Herz Umprogrammierung in menschlichen Patienten, die einen Schritt näher an der Realität, mit einem Auge in Richtung zum helfen Millionen von Menschen erholen sich von den schwächenden Auswirkungen von Herz-Attacken.

„Wir sind zuversichtlich, unseren interdisziplinären Ansatz zu kombinieren biologische Experimente mit single-cell-genomische Analysen zu begeistern, Zukunft entscheidende Schritte in Richtung Verständnis der Natur des menschlichen kardiomyozyten und übersetzen dieses wissen in regenerativen Therapien“ Qian sagte.

Qian und Ihr team eingeführt, ein cocktail aus drei Genen—Mef2c, Gata4, und Tbx5—menschlichen kardialen Fibroblasten-Zellen mit einem spezifischen optimierte Dosis. Die Effizienz zu steigern, führten Sie einen Bildschirm von ergänzenden Faktoren identifiziert und MIR-133, ein kleines RNA-Molekül, das, wenn Hinzugefügt zu der drei-gen-cocktail—und mit weiteren in-Kultur-Modifikationen—reprogrammierten menschlichen kardialen Fibroblasten-Zellen in kardiomyozyten auf einen Wirkungsgrad von 40 bis 60 Prozent.

Weiter, die Gruppe versucht, zu beantworten, wie der Prozess der Umwandlung von Zellen in kardiomyozyten tatsächlich funktioniert. Um diese Frage beantworten, Sie schaute auf die molekularen Veränderungen der einzelnen Zellen während des Prozesses der Reprogrammierung. Ihre Analyse identifiziert ein Kritischer Punkt während der Neuprogrammierung, wenn eine Zelle zu „entscheiden“ zwischen voran in ein cardiomyocyte-oder abnimmt, um Ihre früheren Fibroblasten-Zell-Schicksal. Sobald dieser Prozess beginnt, eine Reihe von signalmolekülen und Proteinen starten Sie die Zellen, die auf unterschiedliche molekulare Routen, die diktieren Ihre Zelltyp-Entwicklung.

Die Forscher schufen eine einzigartige Zell-Schicksal-index quantitativ zu bewerten, den Fortschritt der Umprogrammierung. Mit diesem index, bestimmt Sie, dass das menschliche Herz Umprogrammierung schreitet in einem viel langsameren Tempo als in den zuvor gut beschrieben-Maus umprogrammieren, enthüllt der wichtigsten Unterschiede zwischen den Arten und die Neuprogrammierung Bedingungen.

„Sie können denken, diese Zelle Neuprogrammierung wie anzeigen von Routen auf Google,“ Qian sagte. „Die Start-Narben-bildenden Fibroblasten sind wie Autos und suchen nach dem richtigen GPS-Anweisungen, um Sie nach Hause—zu einer cardiomyocyte Schicksal. Unsere Arbeit identifiziert, die Straßensperren, die falsche Ausfahrt Rampen und Tankstellen—die genetische Moderatoren—um die Fibroblasten an das Ziel, das wir wollen. Unsere neu entwickelte Zelle Schicksal index ist wie ein Messgerät auf dem Armaturenbrett, die Vorhersagen, wie weit die Heimat ist.“

Diese Arbeit beleuchtet die bisher unbekannten Eigenschaften des menschlichen Herz-Programmierung und bietet neue recherche-tools, um besser zu verstehen, die Prozesse der Zelle Schicksal Umstellung und Umprogrammierung im Menschen.