Есть два способа получить плюрипотентные стволовые клетки. Во-первых, их нужно извлечь из избыточных эмбрионов, образовавшихся во время процедуры экстракорпорального оплодотворения. Но эта практика все еще является спорной с технической и этической точек зрения, поскольку она действительно разрушает эмбрион, который мог быть имплантирован. Вот почему исследователи придумали второй способ получения плюрипотентных стволовых клеток — перепрограммирование взрослых клеток.
Процесс «включения» генов, активных в стволовой клетке, и «выключения» генов, ответственных за клеточную специализацию, называется репрограммированием. Пионером этой технологии стал Шинья Яманака, который показал, что введение четырех специфических белков, которые необходимы на раннем этапе эмбрионального развития, можно использовать для преобразования взрослых клеток в плюрипотентные. Он был удостоен Нобелевской премии 2012 года вместе с сэром Джоном Гардоном «за открытие, что зрелые клетки могут быть перепрограммированы, чтобы стать плюрипотентными».Благодаря своим уникальным регенеративным способностям стволовые клетки открывают новые возможности для лечения любых заболеваний.
Например, были случаи трансплантации пигментного эпителия сетчатки и клеток позвоночника из стволовых клеток. Другой эксперимент показал, что стволовые клетки способны восстанавливать зубы у мышей. Перепрограммирование имеет большой потенциал для новых медицинских применений, поскольку перепрограммированные плюрипотентные стволовые клетки (или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) могут быть получены из собственных клеток пациента, и эмбрионы не понадобятся.Однако степень сходства между индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками и «золотым стандартом» плюрипотентности, человеческими эмбриональными стволовыми клетками, все еще не ясна.
Недавние исследования выявили значительные различия между этими двумя типами стволовых клеток, хотя было проанализировано лишь ограниченное количество клеточных линий разного происхождения.Исследователи сравнили индуцированные линии плюрипотентных стволовых клеток, перепрограммированные из разных типов взрослых клеток, которые ранее были дифференцированы из эмбриональных стволовых клеток.
Все эти клетки были изогенными, что означает, что все они имели одинаковый набор генов.Транскрипция — это первый этап экспрессии гена, на котором определенный сегмент ДНК копируется в РНК. Метилирование — это химическая реакция — присоединение к молекуле метильной группы (CH3).
Эпителиальная ткань — это слой клеток, который покрывает поверхность тела или выстилает полость тела. ДНК хранит инструкции по синтезу белка.Ученые проанализировали транскриптом — набор всех продуктов, кодируемых, синтезируемых и используемых в клетке.
Более того, они выявили метилированные участки ДНК, потому что метилирование играет критическую роль в специализации клеток. Тщательное изучение изменений механизма регуляции активности генов показало, что репрограммированные и эмбриональные стволовые клетки схожи. Кроме того, исследователи составили список активности 275 ключевых генов, которые могут представлять результаты перепрограммирования.
Исследователи проанализировали три типа взрослых клеток — фибробласты, пигментный эпителий сетчатки и нервные клетки. Все они состоят из одного и того же набора генов, но химическая модификация (например, метилирование) в сочетании с другими изменениями определяет, какая часть ДНК будет использоваться для синтеза продукта.Ученые пришли к выводу, что тип взрослых клеток, которые были перепрограммированы, и сам процесс репрограммирования не оставили никаких следов.
Считалось, что различия между клетками были результатом случайных факторов. «Мы определили концепцию наилучшей линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Минимальное количество клонов ИПСК, которое было бы достаточно, чтобы хотя бы один был подобен« золотому стандарту »с достоверностью 95%, составляет пять». — говорит Дмитрий Ищенко, кандидат медицинских наук, научный сотрудник Института физико-химической медицины МФТИ.Клон — это группа идентичных клеток, происходящих из одной и той же клетки.
Если бы существовала одна эмбриональная стволовая клетка, и она дифференцировалась в пять отдельных специализированных клеток, а затем эти специализированные клетки были перепрограммированы в пять различных наборов индуцированных стволовых клеток — тогда по крайней мере одна из этих линий была бы похожа на эмбриональную клетку с 95% уверенность.Ясно, что никто не собирается превращать эмбриональные стволовые клетки в нейроны и перепрограммировать их в индуцированные стволовые клетки — это было бы слишком долго и дорого. В этом эксперименте моделировалось перепрограммирование взрослых клеток пациента в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки для дальнейшего использования в медицине.
Несмотря на то, что в этой статье пока не предлагается метод роста органов in vitro, это важный шаг в правильном направлении. И индуцированные плюрипотентные клетки, и эмбриональные стволовые клетки могут помочь нам понять, как специализированные клетки развиваются из плюрипотентных клеток.
В будущем они могут также обеспечить неограниченный запас замещающих клеток и тканей для многих пациентов с заболеваниями, которые в настоящее время не поддаются лечению.