تبدیل یک نوع سلول به دیگری – مانند سلول پوستی به یک نورون – می تواند با فرآیندی انجام شود که نیاز به سلول پوستی را به یک سلول بنیادی “پراکنده” القا کرده و سپس به یک نورون متمایز می کند. محققان MIT قبلاً یک فرآیند ساده را توسعه داده اند که مرحله سلول های بنیادی را احاطه کرده و یک سلول پوستی را مستقیماً به یک نورون تبدیل می کند.
محققان با همکاری با سلول های موش ، یک روش تبدیل را توسعه داده اند که بسیار مؤثر است و می تواند بیش از 10 نورون یک سلول پوستی تولید کند. اگر در سلولهای انسانی تکرار شود ، این روش می تواند به تولید مقادیر زیادی از نورونهای حرکتی که به طور بالقوه می تواند برای درمان بیماران مبتلا به صدمات نخاعی یا بیماری هایی که باعث اختلال در تحرک می شود ، استفاده کند.
“ما توانستیم به بازده هایی برسیم که بتوانیم بپرسیم که آیا این سلول ها می توانند نامزدهای قابل دوام برای روشهای درمانی جایگزین سلولی باشند که امیدواریم آنها باشند. کیتی گالووی ، استاد توسعه شغلی WM Keck در مهندسی زیست پزشکی و مهندسی شیمی می گوید: این جایی است که این نوع فناوری های برنامه نویسی می توانند ما را به خود جلب کنند.
محققان به عنوان اولین گام به سوی توسعه این سلولها مانند درمان ، نشان داده اند که می توانند نورون های حرکتی تولید کنند و آنها را به مغز موش ها پیوند دهند ، جایی که با بافت میزبان ادغام می شوند.
گالووی نویسنده ارشد دو سند است که روش جدیدی را که امروز در آن ظاهر می شود توصیف می کند سیستم سلولیحرف دانشجوی MIT Nathan Wang نویسنده برجسته این دو سند است.
از چرم گرفته تا نورون
تقریباً 20 سال پیش ، دانشمندان ژاپن نشان داده اند که با ارائه چهار عامل رونویسی سلول های پوستی ، می توانند آنها را فشار دهند تا سلولهای بنیادی پراکنده ناشی از آن (IPSC) شوند. مانند سلولهای بنیادی جنینی ، IPSC را می توان در بسیاری از انواع دیگر سلول ها متمایز کرد. این تکنیک به خوبی کار می کند ، اما چند هفته طول می کشد و بسیاری از سلول ها به طور کامل به انواع سلول بالغ حرکت نمی کنند.
گالووی می گوید: “اغلب یکی از چالش های برنامه ریزی مجدد این است که سلول ها می توانند در شرایط متوسط گیر بیفتند.” “بنابراین ، ما از یک تبدیل مستقیم استفاده می کنیم ، جایی که به جای عبور از یک محصول میانی IPSC ، مستقیماً از یک سلول سوماتیک به یک نورون حرکتی منتقل می شویم.”
گروه تحقیقاتی گالووی و دیگران قبلاً این نوع تبدیل مستقیم را نشان داده اند ، اما با بازده بسیار کم – کمتر از 1 ٪. در کار قبلی گالووی ، از ترکیبی از شش عامل رونویسی به علاوه دو پروتئین دیگر که باعث تکثیر سلولی می شود ، استفاده کرد. هر یک از این هشت ژن با کمک یک بردار ویروسی جداگانه تحویل داده می شود ، و این امر اطمینان از بیان همه در سطح مناسب در هر سلول را دشوار می کند.
در اولین مورد سیستم سلولی اسناد ، گالووی و دانش آموزانش راهی را برای بهینه سازی این فرایند در نظر می گیرند تا سلولهای پوستی با استفاده از تنها سه عامل رونویسی ، به علاوه دو ژن که سلول ها را در حالت بسیار تکثیر کننده سوق می دهند ، به سلولهای پوستی تبدیل شوند.
محققان با استفاده از سلولهای موش ، با شش فاکتور رونویسی اصلی شروع کردند و با انتشار آنها ، یک به یک آزمایش کردند تا اینکه به ترکیبی از سه – NGN2 ، ISL1 و LHX3 رسیدند – که می تواند با موفقیت تبدیل به نورون ها را پایان دهد.
از آنجا که تعداد ژن ها به سه کاهش می یابد ، محققان می توانند از یک ویروس اصلاح شده برای تحویل هر سه استفاده کنند و به آنها امکان می دهد تا هر سلول هر ژن را در سطح مناسب بیان کند.
با استفاده از ویروس جداگانه ، محققان همچنین ژنهایی را که رمزگذاری P53DD و نسخه جهش یافته HRA را رمزگذاری می کنند ، ارائه می دهند. این ژن ها سلولهای پوستی را سوق می دهند تا قبل از شروع نورون ، بارها تقسیم شوند ، که باعث می شود عملکرد بسیار بیشتری از نورون ها ، حدود 1100 درصد باشد.
“اگر می خواهید فاکتورهای متن را در سلولهای غیر لاستیکی در سطح بسیار بالایی قرار دهید ، میزان برنامه ریزی مجدد واقعاً پایین خواهد بود ، اما سلولهای بیش از حد پرولیفراتیو قابل قبول تر هستند. به نظر می رسد که آنها برای تبدیل تقویت شده اند و پس از آن بسیار بیشتر از سطح عوامل رونویسی پذیرفته می شوند. “
محققان همچنین محققان با استفاده از سلولهای انسانی ، ترکیب کمی متفاوت از فاکتورهای رونویسی ایجاد کرده اند که به آنها امکان می دهد همان تبدیل مستقیم را با استفاده از سلولهای انسانی انجام دهند ، اما محققان با درجه کمتری از کارایی -بین 10 و 30 درصد ، محاسبه می کنند. این فرآیند حدود پنج هفته طول می کشد ، که کمی سریعتر از تبدیل سلول ها به IPSCS است و سپس آنها را به نورون تبدیل می کند.
کاشت
هنگامی که محققان ترکیب بهینه ژن ها را برای تحویل شناسایی کردند ، آنها شروع به کار به بهترین روش برای تحویل آنها کردند که این مرکز توجه دوم بود سیستم سلولی کاغذ
آنها سه ویروس زایمان مختلف را امتحان کردند و دریافتند که ویروس ویروس موثرترین نرخ تبدیل را به دست آورده است. کاهش چگالی سلولهای رشد یافته در ظرف نیز به بهبود عملکرد کلی نورون های حرکتی کمک کرده است. این فرآیند بهینه سازی شده ، که حدود دو هفته در سلولهای موش طول می کشد ، بیش از 1000 درصد به عملکرد رسیده است.
محققان با همکاری با همکاران در دانشگاه بوستون ، آزمایش کردند که آیا این سلولهای عصبی حرکتی می توانند با موفقیت در موش ها پیوند خورده باشند. آنها سلولها را به بخشی از مغز معروف به جسم مخطط تحویل دادند که در کنترل حرکتی و سایر عملکردها نقش دارد.
پس از دو هفته ، محققان دریافتند که بسیاری از نورونها زنده مانده اند و به نظر می رسد با سایر سلولهای مغزی ارتباط برقرار می کنند. این سلولها هنگام رشد در یک صفحه ، فعالیت الکتریکی قابل اندازه گیری و سیگنالینگ کلسیم را نشان می دهند ، که این امر حاکی از توانایی برقراری ارتباط با سایر نورون ها است. محققان اکنون امیدوارند که امکان کاشت این نورونها در نخاع را بررسی کنند.
تیم MIT همچنین امیدوار است که اثربخشی این فرآیند را برای تبدیل سلول های انسانی افزایش دهد ، که می تواند به تولید مقادیر زیادی نورونهایی که می توانند برای درمان صدمات نخاعی یا بیماری هایی که بر کنترل حرکتی مانند ALS تأثیر می گذارد ، استفاده کند. آزمایشات بالینی با استفاده از سلولهای عصبی به دست آمده از IPSC برای درمان ALS در حال انجام است ، اما گسترش تعداد سلول های موجود برای چنین درمانی می تواند آزمایش را تسهیل کرده و آنها را برای استفاده گسترده تر در انسان توسعه دهد.
این مطالعه توسط موسسه ملی علوم پزشکی عمومی و برنامه ملی تحقیقات بنیاد علمی تأمین شد.
