Graft tulang boleh diperolehi dari sel-sel manusia yang telah diprogramkan semula • Yuliya Kondratenko • Berita Sains mengenai "Unsur-unsur" • Bioteknologi, Perubatan, Genetik, Sel-sel stem

Grafts tulang boleh diperolehi daripada sel-sel manusia yang diprogramkan semula.

Rajah. 1. Proses mendapatkan fragmen tulang mandibula sel mesenchymal sumsum tulang pesakit. AIn – menunjukkan serpihan, salinan yang diperlukan. Dengan – berasal dari tulang betis untuk pertumbuhan tulang. D – melihat serpihan yang diperlukan dalam unjuran yang berbeza, E – litar bioreaktor, F – ruang bioreaktor, yang menempatkan asas bagi tulang yang semakin meningkat. Media nutrien dimasukkan ke dalam lubang, merangsang transformasi sel mesenchymal ke dalam sel-sel tisu tulang. Ilustrasi dari Warren L. Grayson et al., 2010. Teknik kejuruteraan tulang manusia berbentuk anatomi

Untuk pertama kalinya, penyelidik Amerika telah berusaha untuk mengubah sel manusia khusus (fibroblast kulit dan sel sumsum tulang) ke sel-sel tisu tulang. Untuk mengubah pengkhususan sel, mereka mula-mula berubah menjadi sel induk pluripoten – sel yang berpotensi memperoleh spesialisasi yang berbeza. Sel-sel tisu tulang diperoleh dari sel-sel pluripoten yang diinduksi, yang ditanam dalam bioreaktor khas untuk mendapatkan tulang tiruan. Tumbuh tulang memiliki sifat-sifat tulang manusia semulajadi – mereka mempunyai kepadatan sel yang sama, mengandungi protein yang diperlukan, mengasingkan bahan-bahan ekstrasel yang diperlukan.12 minggu selepas implantasi ke tikus, tulang yang diperoleh disimpan harta mereka.

Untuk penggantian organ dan tisu yang rosak pesakit – pemindahan – organ penderma, transplantasi buatan, serta transplantasi autologous (pemindahan tisu pesakit sendiri kepada pesakit) kini digunakan. Semua kaedah ini mempunyai kelemahan yang jelas: organ penderma boleh diserang oleh sistem imun badan, kraf tiruan tidak dalam semua aspek sama dengan organ-organ semulajadi, dan pemindahan autologous tidak terpakai jika pesakit mempunyai patologi tisu yang diperlukan untuk pemindahan, dan selainnya sentiasa mudah kerana kerosakan kepada kawasan badan dari mana sel-sel diambil.

Itulah sebabnya impian mewujudkan organ-organ yang diperlukan dari sel-sel anda sendiri timbul, dengan trauma yang minimum kepada pesakit itu sendiri. Organ-organ seperti itu, serta autograft, tidak akan menyebabkan penolakan imun dan akan mempunyai semua sifat organ semulajadi. Kerja-kerja ke arah ini sudah dijalankan: contohnya, sebuah artikel telah diterbitkan pada tahun 2010 (lihat: Grayson et al., Kejuruteraan anatomi berbentuk tulang manusia), penulisnya berjaya mengembangkan serpihan tulang mandibular dari sel stromal mesenchymal multipoten pesakit yang terasing dari sumsum tulang (Rajah 1).Sel strom mesenchymal adalah sel pendahulunya yang boleh berkembang menjadi sel tulang, sel rawan, dan sel-sel lemak. Untuk mendapatkan tulang, ia hanya perlu untuk memulakan proses menukar sel-sel ini ke sel-sel tisu tulang dan membesar dengan asas anatomi khas.

Malangnya, pengasingan sel mesenchymal adalah proses yang agak susah payah, dan oleh itu langkah seterusnya adalah untuk mendapatkan tulang dari sel-sel yang lebih mudah diperolehi. Walaubagaimanapun, sel-sel tersebut bukanlah prekursor semula jadi sel-sel tisu tulang; oleh itu, untuk mendapatkan tulang buatan, sel terpencil mesti diprogram semula.

Secara teorinya, tidak ada yang mustahil, kerana setiap sel badan kita membawa semua maklumat yang diperlukan untuk berfungsi semua jenis sel. Walau bagaimanapun, dalam sel-sel khusus, kebanyakan maklumat ini tidak digunakan: sebagai contoh, ada gen yang membuat sel saraf sel saraf, tetapi semua gen ini diam di sel hati, di sel retina, di dalam sel-sel otot jantung dan di semua sel lain dengan pengkhususan yang berbeza.Untuk mengubah pengkhususan sel, anda mesti terlebih dahulu "mematikan" pengkhususan semasa – memindahkannya dari keadaan yang berbeza (khusus) ke keadaan pluripotent (dari lat. pluralis – berganda potentia – kekuatan, kuasa, peluang, dalam erti kata yang luas, boleh diterjemahkan sebagai "kemungkinan pembangunan di bawah senario yang berbeza"). Ini dilakukan dengan memperkenalkan molekul DNA sel yang membezakan empat faktor pluripotensi – ternyata hanya empat faktor yang mencukupi untuk mematikan pengkhususan sel semasa dan menerjemahkannya ke dalam keadaan yang dapat berubah menjadi jenis sel lain. Sel-sel yang diperolehi dipanggil sel pluripoten yang disebabkan. Daripada sel induk pluripotent (sel induk pluripotent, sel iPS, iPSC), dengan menambahkan faktor khas, sel-sel jenis yang dikehendaki boleh diperolehi.

Penulis baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal PNAS kerja ini dapat menjalankan semua urutan tindakan ini dan mendapatkan tulang "buatan". Mereka menggunakan sel-sel fibroblast dan sel sumsum kulit sebagai sel sumber, mengubah sel-sel ini menjadi sel pluripotent, kemudian memindahkannya ke sel mesenchymal, yang mampu menjadi prekursor sel-sel tulang, sel rawan, dan sel-sel lemak.Sel-sel tisu tulang diperolehi dari sel mesenchymal dengan menambahkan medium khusus. Untuk membentuk tulang bentuk dan struktur yang diperlukan, sel-sel mesti ditanam secara khusus, yang merupakan serpihan tulang betis, sepenuhnya dibersihkan dari sel-sel.

Untuk pembentukan tisu tulang yang serupa dengan semulajadi, sebilangan kecil sel mesenchymal digunakan atas dasar tulang betis. Selepas itu, tulang masa depan berada dalam bioreactor khas selama lima minggu, di mana sel-sel yang tumbuh secara teratur dibasuh dengan medium nutrien. Medium ini juga harus mengandungi faktor-faktor yang menyumbang kepada perubahan sel mesenchymal ke dalam sel-sel tisu tulang. Ciri-ciri aliran medium mempengaruhi sifat-sifat tulang yang dihasilkan, dan dengan mengubah aliran media nutrien melalui bahagian-bahagian yang berbeda dari tulang yang terbentuk, anda boleh mendapatkan, misalnya, kepadatan sel yang berbeza di bahagian yang berlainan. Kajian terperinci tentang pengaruh sifat aliran media pada pertumbuhan sel adalah penting apabila tumbuh tulang berbentuk anatomi.

Ternyata sel mesenkim manusia yang dihasilkan secara buatan dapat berjaya menjajah kerangka seperti ini dan, apabila ditanam dalam medium yang sesuai, dapat berubah menjadi sel-sel tisu tulang.Sel tisu tulang khusus yang dihasilkan akan mengeluarkan komponen extraselular yang diperlukan, menyelesaikan pembentukan tulang buatan.

Untuk memeriksa invariance sifat-sifat tulang yang diperoleh, mereka ditanam di bawah kulit tikus, dikeluarkan selepas 12 minggu dan memeriksa sama ada sifat-sifat tulang tetap sama. Sejak tulang tumbuh dengan menggunakan sel manusia, dan eksperimen dengan implantasi dilakukan pada tikus, sehingga tulang yang dipindahkan tidak diserang oleh sistem kekebalan tubuh, garis tikus immunodeficient digunakan dalam eksperimen. Ternyata dalam organisma hidup, tulang yang ditanam secara buatan tetap stabil – iaitu, sel-sel kekal berdaya maju, dan gen yang sama berfungsi di dalamnya seperti sebelum implantasi. Adalah menarik bahawa dalam 12 minggu tulang mula dirasakan oleh tubuh sebagai sendiri: kapal-kapal itu tumbuh ke dalamnya dan sel-sel tuan rumah osteoklas yang terlibat dalam pembentukan semula tulang telah dijumpai di dalamnya. Kapsul tisu penghubung yang longgar dibentuk di sekeliling tulang (Rajah 2).

Rajah. 2 Kuman mikrograf selepas dua belas minggu implantasi. Anak panah arahkan ke kapal asterisk Osteoklas (sel tulang) telah diperhatikan. Foto dari bahan tambahan kepada artikel yang dibincangkan di PNAS

Semasa implantasi, mineralisasi tulang yang diimplan juga meningkat (Rajah 3).

Rajah. 3 3D-model buatan buatan diperolehi dengan kaedah tomografi yang dikira. Di atas Nama-nama garisan sel dari mana sel-sel pluripoten yang diperolehi ditandakan. Di barisan atas tulang sebelum implantasi ditunjukkan, di bahagian bawah – selepas 12 minggu implantasi. Dapat dilihat bahawa semasa implantasi bahan tulang menjadi lebih padat, iaitu, pembentukan tisu tulang terus setelah implantasi. Gambar dari artikel dibincangkan di PNAS

Para penulis juga mengkaji sel-sel mana yang terbaik untuk didasarkan untuk tumbuh tulang tiruan. Kerja ini membandingkan sifat-sifat tulang yang diperolehi dari sel-sel sum-sum tulang, serta dari fibroblas kulit. Di samping itu, dalam penyediaan sel-sel pluripotent, kaedah penyampaian fragmen DNA yang menyandikan faktor pluripotency digunakan – molekul vektor berbeza.

Untuk penghantaran DNA asing ke dalam sel, molekul DNA virus sering digunakan, di mana semua gen yang bertanggungjawab untuk pembiakan virus dikeluarkan dan beberapa gen lain dimasukkan.Virus sedemikian (vektor virus) tidak berjangkit, tetapi ia mampu memperkenalkan gen baru ke dalam sel yang termasuk dalam komposisi DNA virus.

Set faktor-faktor ini juga berbeza dalam eksperimen yang berbeza. Ternyata sel induk pluripoten yang diperoleh dengan cara yang berbeza akhirnya menyediakan tisu tulang dengan ciri-ciri yang berbeza – sel-sel yang terhasil sedikit berbeza dalam aktiviti gen yang penting untuk berfungsi sel tisu tulang, jumlah kalsium yang disimpan dan kadar pertumbuhan sel dalam bioreaktor berbeza. Sel-sel tisu tulang yang diperolehi dari fibroblas dengan pengenalan faktor pluripotensi OCT4, SOX2, KLF4 dan C-MYC menggunakan vektor berasaskan virus Sendai mempunyai prestasi terbaik (lihat virus Sendai).

Malangnya, ia tidak begitu jelas jenis sel mana yang paling sesuai untuk pertumbuhan tulang pesakit sebenar: setakat ini semua eksperimen telah dijalankan hanya pada tikus dan pada budaya model sel manusia, belum lagi fakta bahawa kajian perbandingan serius diperlukan untuk pemilihan sel optimum . Di samping itu, mekanisme di mana sel-sel jenis yang berbeza diprogramkan secara berbeza ke dalam sel-sel tulang tidak diketahui.Keadaan yang sama dengan faktor pluripotensi dan dengan molekul vektor – saintis hanya memilih kombinasi yang optimum, tetapi masih sukar untuk mengatakan mengapa gabungan ini baik dan apakah mekanisme pengaruhnya pada masa depan sel.

Walau bagaimanapun, langkah penting telah diambil dalam kerja ke arah mendapatkan organ yang diperlukan oleh pesakit dari sel sendiri, yang mudah diasingkan. Kini jelas bahawa, sekurang-kurangnya untuk tulang, teknologi ini agak terpakai. Ia masih sukar untuk mengatakan sama ada kaedah ini akan berjaya mendapatkan organ lain – sebagai contoh, mereka yang mempunyai pemuliharaan yang kompleks atau struktur saluran darah. Sel-sel saraf dan sel-sel endotelium vaskular berkembang dengan cara yang khusus, dan untuk penanaman mereka, anda perlu menambah pelbagai jenis sel progenitor. Dalam kes ini, perlu ada beberapa cara untuk menjadikannya membentuk struktur yang betul di dalam organ yang sedang berkembang. Walau bagaimanapun, nampaknya tugas-tugas ini, walaupun kompleks, dapat diselesaikan, dan kami mempunyai setiap sebab untuk mempercayai perkembangan pesat jenis ubat baru.

Sumber: Giuseppe Maria de Peppo, Iván Marcos-Campos, David John Kahler, Dana Alsalman, Linshan Shang, Gordana Vunjak-Novakovic, dan Darja Marolt. Tisu tulang kejuruteraan menggantikan sel-sel induk pluripotent disebabkan manusia // PNAS. 2013. V. 10. P. 8680-8685.

Yulia Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: