Kaulų transplantus galima gauti iš perprogramuotų žmogaus ląstelių. • Julija Kondratenko. • Mokslo naujienos apie "Elementus". • Biotechnologijos, medicina, genetika, kamieninės ląstelės.

Kaulų transplantus galima gauti iš perprogramuotos žmogaus ląstelių.

Pav. 1. Pateiktas paciento kaulų čiulpų mesenchiminių ląstelių žarnos kaulo fragmento gavimo procesas. AIn – parodomas fragmentas, kurio kopija buvo reikalaujama. Su – gaunami iš kaulų auginimo remiantis veršelių kaulais. D – skirtingų projekcijų reikalaujamo fragmento vaizdas E – bioreaktoriaus grandinė, F – bioreaktoriaus kamera, kurioje yra kaulų augimo pagrindas. Maistinės medžiagos tiekiamas į skyles, stimuliuojamos mezenchiminių ląstelių transformacija į kaulų audinio ląsteles. Iliustracija nuo Warren L. Grayson ir kt., 2010. Inžinerijos anatomiškai formos žmogaus kaulo transplantai

Pirmą kartą amerikiečių tyrinėtojai visiškai pakeitė žmogaus ląsteles (odos fibroblastus ir kaulų čiulpų ląsteles) į kaulų audinių ląsteles. Norėdami pakeisti ląstelių specializaciją, jie pirmą kartą buvo transformuoti į sukeltas pluripotencas ląsteles – ląsteles, galinčias įgyti skirtingas specializacijas. Kaulų audinio ląstelės buvo gautos iš indukuotų pluripotentinių ląstelių, kurios buvo auginamos specialiu bioreaktoriu, siekiant gauti dirbtinius kaulus. Išauginti kaulai turėjo natūralių žmogaus kaulų savybes – jie turėjo panašų ląstelių tankį, turėję reikiamus baltymus, izoliuoti reikalingas neakceliulines medžiagas.Po 12 savaičių po implanto į pelėms, gaunami kaulai išlaikė savo savybes.

Dabar naudojamas paciento pažeistų organų ir audinių pakeitimas – transplantacija – naudojami donorų organai, dirbtiniai transplantai, taip pat autologinė transplantacija (paciento pačių audinių persodinimas pacientui). Visi šie metodai turi akivaizdžių trūkumų: organų imuninę sistemą gali užpulti donorų organai, dirbtiniai skiepai nėra visais atžvilgiais panašūs į natūralius organus, o autologinė transplantacija netaikoma, jei pacientui yra reikalinga transplantacijai audinių patologija, be to visada patogus dėl žalos kūno vietoms, iš kurių yra paimtos ląstelės.

Štai kodėl atsirado svajonė sukurti reikiamus organus iš savo ląstelių su minimalia trauma pati pacientui. Tokie organai, kaip ir autograftai, nesukels imuninės sistemos atmetimo ir turės visas natūralių organų savybes. Darbas šia kryptimi jau vyksta: pavyzdžiui, straipsnis buvo paskelbtas 2010 m. (Žr. Grayson ir kt., 2010 m. Inžinerinės anatominės formos žmogaus kaulo skilveliai), kurių autoriai sugebėjo auginti mažakūnio kaulo fragmentą iš daugiaformačių mesenchiminių stromos ląstelių iš paciento, izoliuoto iš kaulų čiulpai (1 pav.).Mesenchiminės stromos ląstelės yra prekursorių ląstelės, kurios gali išsivystyti į kaulų ląsteles, kremzlės ląsteles ir riebalines ląsteles. Norėdami gauti kaulų, buvo tik būtina pradėti procesą konvertuoti šias ląsteles į kaulinio audinio ląsteles ir auginti juos specialiu anatominiu pagrindu.

Deja, mesenchiminių ląstelių izoliavimas yra gana sudėtingas procesas, todėl kitas žingsnis buvo gauti kaulų iš tų ląstelių, kurias lengviau gauti. Tačiau tokios ląstelės nėra natūralūs kaulų audinių ląstelių pirmtakai, todėl norint gauti dirbtinį kaulą, izoliuotos ląstelės turi būti perprogramuotos.

Teoriškai nieko neįmanoma, nes kiekviena mūsų kūno ląstelė turi visą informaciją, reikalingą visų tipų ląstelėms veikti. Tačiau specializuotose ląstelėse didžioji šios informacijos dalis nenaudojama: pvz., Yra genų, kurie nervinę ląstelę sukuria nervinę ląstelę, tačiau visi šie genai tylina kepenų ląsteles, tinklainės ląsteles, širdies raumens ląsteles ir visas kitas ląsteles su kita specializacija.Norėdami pakeisti ląstelės specializaciją, pirmiausia turite "išjungti" savo dabartinę specializaciją – perkelti ją iš diferencijuotos (specializuotos) valstybės į pliuripotentą būseną (nuo lat. pluralis – daug potencija – jėga, jėga, galimybė plačiąja prasme gali būti išreiškiama kaip "galimybė vystytis skirtingais scenarijais"). Tai daroma įvedant į diferencijuotas ląstelių DNR molekules, koduojančias keturis pliuripotencijos veiksnius – paaiškėjo, kad tik keturi veiksniai yra pakankami, kad būtų galima išjungti dabartinę ląstelių specializaciją ir išversti ją į būseną, iš kurios ji gali virsti kito tipo ląstelėmis. Tokiu būdu gautos ląstelės vadinamos indukuotomis pluripotencinėmis ląstelėmis. Iš indukuotų pluripotentinių ląstelių (indukuotų pluripotencinių kamieninių ląstelių, iPS ląstelių, iPSC), pridedant ypatingų veiksnių, galima gauti norimo tipo ląsteles.

Neseniai paskelbti žurnale PNAS darbas galėjo atlikti visą šią veiksmų seką ir gauti "dirbtinį" kaulą. Jie panaudojo odos fibroblastus ir kaulų čiulpų ląsteles kaip šaltinio ląsteles, transformavo šias ląsteles į pluripotencines ląsteles, po to juos pernešė į mezenchimo ląsteles, kurios gali būti kaulų ląstelių, kremzlių ląstelių ir riebalų ląstelių pirmtakai.Kaulų audinio ląstelės buvo gautos iš mesenchiminių ląstelių, pridedant specialią terpę. Norint suformuoti reikiamos formos ir struktūros kaulus, ląstelės turi būti auginamos specialiu pagrindu, kuris yra blauzdos kaulų fragmentas, visiškai išvalytas iš ląstelių.

Dėl kaulinio audinio susidarymo, panašaus į natūralų, mažas kiekis mezenchiminių ląstelių yra naudojamas remiantis veršelio kaulais. Po to, ateityje kaulai yra specialiai bioreaktoriuje penkias savaites, kur augančios ląstelės reguliariai nuplaunamos maistine terpe. Medžiagoje taip pat turėtų būti veiksnių, kurie prisideda prie mezenchiminių ląstelių transformacijos į kaulų audinio ląsteles. Medžiagos srauto charakteristikos daro įtaką gaunamo kaulo savybėms ir, keičiant maistinės terpės srautą per skirtingas kaulo formos dalis, galite gauti, pavyzdžiui, skirtingą ląstelių tankį skirtingose ​​jo dalyse. Augantis anatomiškai formos kaulams svarbu išsamiai ištirti terpės srauto savybių įtaką ląstelių augimui.

Pasirodo, kad dirbtinai pagamintos žmogaus mezenchimos ląstelės gali sėkmingai kolonizuoti tokią sistemą ir, išauginus atitinkamoje terpėje, gali virsti kaulų audinių ląstelėmis.Dėl to atsirandantys specializuoti kaulinio audinio ląstelės išskirs būtinus neelektroninius komponentus, užbaigdamos susidariusį dirbtinį kaulą.

Siekiant patikrinti gautų kaulų savybių invarianiją, jie buvo implantuoti pelių odoje, pašalinti po 12 savaičių ir patikrinti, ar kaulų savybės išliko tokios pačios. Kadangi kaulai buvo auginami naudojant žmogaus ląsteles, ir implantavimui buvo atlikti bandymai su pelėmis, kad transplantuotas kaulas nebuvo užpultas imuninės sistemos, eksperimentuose buvo naudojama imunodeficientų pelių linija. Paaiškėjo, kad gyvame organizme dirbtinai išauginti kaulai išlieka stabilūs – tai yra, ląstelės išlieka gyvybingos ir jose veikia tokie patys genai kaip prieš implantuojant. Įdomu tai, kad per 12 savaičių kaulą pradėjo suvokti kaip kūną: į jį buvo pažeisti indai ir kaulų remodeliavime dalyvaujančios osteoklastinės šeimos ląstelės. Aplink kaulus susidarė laisvo jungiamojo audinio kapsulės (2 pav.).

Pav. 2 Mikroskopiniai kaukolės po dvylikos implantavimo savaičių. Rodyklės nukreipkite į laivus žvaigždutes Pastebėta osteoklastų (kaulų ląstelių). Nuotraukos iš papildomų medžiagų iki aptariamo straipsnio PNAS

Implantacijos metu taip pat padidėjo implantuotų kaulų mineralizacija (3 pav.).

Pav. 3 3D modeliai dirbtinai sukurtiems kaulams, gauti naudojant kompiuterinę tomografiją. Aukščiau Pažymėti ląstelių linijų, iš kurių gautos indukuotų pluripotencinių ląstelių, pavadinimai. Viršutinėje eilutėje parodyti kaulai prieš implantaciją apačioje – po dvylikos implantavimo savaičių. Galima pastebėti, kad implantacijos metu kaulų medžiaga tapo tankesnė, ty kaulų audinio formavimas tęsėsi po implantacijos. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio PNAS

Autoriai taip pat tyrė, kurias ląsteles geriau paremti, kad augtų dirbtiniai kaulai. Darbe buvo palyginti kaulų, gautų iš kaulų čiulpų ląstelių, taip pat iš odos fibroblastų, savybių. Be to, pliuripotencinių ląstelių paruošimo metu buvo naudojami skirtingi DNR fragmentų pristatymo būdai, koduojantys pliuripotencialumo veiksnius – skirtingos vektorių molekulės.

Užsikrėtusios DNR į ląstelę dažnai naudojamos viruso DNR molekulės, kuriose yra pašalinami visi genai, atsakingi už viruso dauginimą, o vietoj įvedamas kitas genas.Toks virusas (virusinis vektorius) yra neinfekcinis, bet jis gali įnešti į geną į viruso DNR sudėtį įterptą naują geną.

Pačių veiksnių rinkinys taip pat skiriasi skirtingais eksperimentais. Paaiškėjo, kad sukeltos pliuripotencinės ląstelės, gautos įvairiais būdais, galiausiai duoda skirtingus savybes kaulų audiniui, – gautos ląstelės šiek tiek skiriasi dėl kaulų audinių ląstelių veikimui svarbių genų aktyvumo, išsiskyrė kalcio kiekis ir ląstelių augimo greitis bioreaktoriuje. Sėklų audinių ląstelės, gautos iš fibroblastų, buvo įvestos daugybinės kovos faktorių OCT4, SOX2, KLF4 ir C-MYC, naudojant Sendai viruso pagrindu veikiantį vektorių, buvo geriausi rezultatai (žr. Sendai virusą).

Deja, ne visai aišku, kokie ląstelių tipai yra tinkamiausi auginti realių pacientų kaulams: iki šiol visi eksperimentai buvo atlikti tik pelėms ir žmogaus ląstelių modelinėms kultūroms, jau nekalbant apie tai, kad reikia rimtų lyginamųjų tyrimų optimalių ląstelių pasirinkimui . Be to, nežinomi mechanizmai, pagal kuriuos skirtingų tipų ląstelės skirtingai suplanuojamos į kaulų ląsteles.Panaši situacija su pliuripotencialumo veiksniais ir su vektoriniu molekulėmis – mokslininkai tik pasirenka optimalius derinius, bet vis tiek sunku pasakyti, kodėl šis derinys yra geras ir kokie yra jo įtakos ląstelių ateities mechanizmai.

Nepaisant to, svarbus žingsnis buvo dedamas siekiant gauti organus, kuriuos pacientas reikalauja iš savo pačių ląstelių, kurias lengva išskirti. Dabar akivaizdu, kad bent jau kaulams ši technologija yra gana pritaikoma. Dar sunku pasakyti, ar šio metodo pavyks gauti kitus organus, pavyzdžiui, tuos, kurie turi sudėtingą inervaciją ar kraujagyslių struktūrą. Ypatingais būdais vystosi nervų ląstelės ir kraujagyslių endotelio ląstelės, o jų auginimui reikės pridėti skirtingų rūšių progenitorių ląsteles. Tokiu atveju tam tikru būdu reikės, kad jie sudarytų teisingą struktūrą augančio organo viduje. Tačiau atrodo, kad šios užduotys, nors sudėtingos, gali būti išspręstos, ir kad mes turime visas priežastis tikėti spartus naujo tipo vaistų kūrimas.

Šaltinis: Giuseppe Maria de Peppo, Iván Marcos-Campos, David John Kahler, Dana Alsalman, Linshan Shang, Gordana Vunjak-Novakovic ir Darja Marolt. Inžineriniai kaulinio audinio pakaitalai iš žmogaus sukeltų pluripotentinių kamieninių ląstelių. PNAS. 2013. V. 10. P. 8680-8685.

Julija Кондратенко


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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