Persönliche Gesundheit

Ein neuer Weg, um wind und der Entwicklung der Uhr der Herz-Muskel-Zellen

In diesen Tagen können die Wissenschaftler sammeln ein paar Hautzellen oder Blutzellen, wischen Sie Ihre Identitäten, und Programmieren Sie Sie zu praktisch jede andere Art von Zelle im menschlichen Körper, aus Nervenzellen, die Zellen des Herzens.

Die Fahrt aus der Haut Zelle zu einer anderen Art von funktionalen Zelle beinhaltet die Umwandlung in induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), die sind ähnlich wie die entwicklungsmäßig unreifen Stammzellen finden sich in Embryonen, und dann überreden Sie, um zu Reifen, in sich etwas anderes.

Aber der Prozess läuft auf einem unsichtbaren Takt, in dem sich Wissenschaftler daran interessiert sind, zu beschleunigen, so dass die Erwachsenen-wie Zellen, die bei Bedarf verfügbar sind, ob zum testen von Medikamenten für Präzisions-Medizin, Transplantation, um zu reparieren oder Verletzung, oder ein besseres Verständnis der Grundlagen-Biologie. Es beinhaltet eine von der FDA zugelassene Substanz namens polyinosine-polycytidylic acid, oder pIC, ein Doppelstrang-RNA-Molekül, aktiviert Zellen der angeborenen Abwehr. Die Substanz wird Häufig verwendet, um boost-Impfstoff-und Chemotherapie. Die Forscher fanden, dass, wenn Hinzugefügt, um induzierte pluripotente Stammzellen, die sich im Prozess der übergang in Herz-Muskel-Zellen, pIC beschleunigten zellulären Reifung.

„Wir machen schlagenden Herzmuskelzellen aus menschlichen iPSCs, weil wir daran interessiert sind, das Verständnis und die Behandlung von Herz-Erkrankungen“, sagt führen Autor und University of Wisconsin–Madison MD-Ph. D. student, Mitch Biermann. „Es ist wichtig, dass die Zellen, die wir machen, in einer Schale sind, als in der Nähe von Erwachsenen Herz-Muskel-Funktion, wie wir Sie machen können.“

Dies ist, weil, Studienleiter Tim Kamp sagt, unreif kardialen Zellen nicht Vertrag so stark wie die Erwachsenen kardialen Zellen, und die elektrischen Eigenschaften setzt, die Ihre beat ist anders. Ihre metabolischen Eigenschaften sind ein bisschen anders, auch.

„Wenn Sie wissen wollen, wie Medikamente, wie beta-Blocker, die Arbeit in der Erwachsenen-Herz, ist es besser, testen Sie diese in den reiferen, der menschlichen iPSC-abgeleitete kardiomyozyten (Herzmuskelzellen)“, sagt Kamp, Direktor der Universität von Wisconsin–Madison Stammzellen und Regenerative Medizin und professor der Medizin an der School of Medicine und Public Health.

Andere Forscher haben Fortschritte erzielt, unter Verwendung einer Vielzahl von Möglichkeiten, um den Prozess zu beschleunigen, einschließlich der elektrischen stimulation, änderungen der metabolischen Umgebung der Zellen, und sogar zwingen die Zellen in der rod-wie Formen mehr Merkmal der adulten Zellen, aber jede Methode, die scheint zu fallen ein wenig zu kurz.

Biermann wählte einen anderen Weg. Er bemerkte, dass kardiale Zellen abgeleitet, die aus iPSCs Reifen zu unterschiedlichen Preisen in einer Schale. Andere Forscher gefunden, dass kardiomyozyten im Herz und in Blutgefäßen von Ratten gereift nach den gleichen Takt, obwohl Sie weit voneinander entfernt in den Körper.

„Die Reifung ist nicht nur gesteuert von dem, was Los ist in der Umgebung des Herzens,“ sagt Biermann. „Deswegen und aufgrund der Reifung in einer Schale scheint zufällig, machten wir uns Gedanken über die Epigenetik.“

In anderen Worten, Biermann dachte Reifung Preisen zu tun haben könnte mit der Art, wie das timing der zellulären Reifung Veranstaltungen koordiniert wurde. Er fragte sich, ob er konnte im wesentlichen erst die Zellen zum richtigen Zeitpunkt zu beschleunigen, die Reifung—wind bis die Uhr—und begann mit der Suche nach verbindungen, die das getan haben, ohne auch Sie zu töten.

Das ist, wie er gefunden Abb. Wenn er fügte hinzu, es zu frühen kardialen Vorläuferzellen im Labor, bildeten Sie das pulsierende Herz Zellen zwei Tage früher als die Zellen ohne Abb. Nach 48 Stunden wurden die Zellen entfernt von der compound-aber seine Auswirkungen weiter zu Verweilen, führt zu Zellen, die waren größer in der Größe, hatte eine bessere Kontraktilität, wurden elektrisch effizienter, ausgestellt Reifen metabolischen Eigenschaften und schon besser entwickelten Strukturen, wenn im Vergleich zu Zellen ohne Abb.

Wenn Sie eng sah, was Los war in den Zellen ausgesetzt, um die Verbindung, fanden Sie, dass das Bild aktiviert hatten zellulären Programmierung, führte zu einem beschleunigten Reifung. Insbesondere stellte sich die expression von JAG1-gen (was löst einen Signalweg namens Notch) und führte zu einer Vielzahl von epigenetischen Veränderungen.

Die Forscher fanden auch, dass die frühen kardiomyozyten ausgesetzt pIC vor der implantation in Maus-Herzen gereift schneller als diejenigen, die nicht grundiert mit der Verbindung. Sie denken, pIC macht die Zellen empfänglicher für die Reifung cues vorhanden sind.

„Es gibt einige systeminterne Uhr-Funktion beteiligt, die teilweise basiert auf epigenetische Veränderungen“, sagt Kamp. „Es ist sicher zu sagen, es gibt viel mehr zu lernen, die wir noch nicht verstehen, über die Zelle, die autonomen Entwicklungs-Uhren.“

Entwicklungs-Uhren, die Forscher denken, diktieren die Zeit, die es dauert, ein ei zu entwickeln, die aus einem einzigen unreifen Zelle, in der ein neugeborenes mit allen spezialisierten Zellen des Körpers. Obwohl Sie aus den gleichen zellulären Zeug, eine baby-Maus dauert 21 Tage, um zu entwickeln, einem Menschen etwa 280 Tage, und einem afrikanischen Elefanten 600 oder mehr Tage.

Biermanns Feststellung, Kamp sagt, war es eine überraschung, denn niemand hat darüber nachgedacht, pIC oder verbindungen, wie es für diese Anwendung. Es stellt auch eine Möglichkeit zur Kombination mit anderen Verfahren zur Beschleunigung der Reifung, und damit in einem größeren Maßstab, da es kann leicht Hinzugefügt werden und gewaschene Zellen. Aber die zu finden ist auch nicht ohne Vorbehalte.

„Eine offensichtliche Frage ist, ob dies cardiomyocyte bestimmte oder wenn es könnte nützlich sein bei der Herstellung Neuronen der Pankreas-Inselzellen (Mängel, die zu diabetes führen kann)“, sagt Kamp.

Er weist auch darauf hin, dass diese beschleunigte kardiomyozyten sind immer noch nicht eine genaue übereinstimmung für die Erwachsenen-Herz-Muskel-Zellen.

„Wir sind nicht in das Verheißene land noch“, sagt er. „Wir haben nicht gesehen abweichende Auswirkungen, aber wir wissen es nicht.“

Weiter, Sie wissen noch nicht, wie diese Zellen wird weiter Altern.