Mänskliga hudceller vändes direkt till funktionella neuroner


Mänskliga hudceller vändes direkt till funktionella neuroner

Forskare i Kalifornien har förvandlat mänskliga hudceller direkt till fungerande neuroner eller hjärnceller, kringgå pluripotenta stamcellssteg, enligt en studie publicerad i tidningen Natur Denna vecka.

Processen tog fyra till fem veckor och behövde bara tillägg av fyra gener för att åstadkomma omvandlingen.

Förra året visade samma lag, från Stanford University School of Medicine, att det var möjligt att konvertera musceller från huden direkt till neuroner.

De använde en liknande kombination av proteiner i den humana cellomvandlingen som de som användes vid muscellsomvandlingen, förutom att den mänskliga processen var mindre effektiv och tog längre tid.

Fyndet är viktigt eftersom det undviker att göra inducerade pluripotenta stamceller (iPS) och kan göra det mycket lättare att skapa och studera neuroner som är patient- eller sjukdomsspecifika i laboratoriet.

IPS-celler tar månader att skapa, och senaste rapporter har väckt andra problem. Studier i labbmöss föreslår att de avvisar genetiskt identiska iPS-celler på grund av generna som används för att inducera dem. Det finns också oro för att de kan utlösa tumörer.

Senior författare Dr Marius Wernig, biträdande professor i patologi och en medlem av Stanfords institut för stamcellerbiologi och regenerativ medicin, berättade för pressen att:

"Vi är nu mycket närmare att kunna efterlikna hjärnan eller neurologiska sjukdomar i laboratoriet."

"Vi kan kanske till och med kunna använda dessa celler för humanterapier en dag," tillade han.

Studien är det senaste inom det snabba nya fältet för transdifferentiering, där cellerna tvingas ta på sig nya identiteter. Under de senaste 12 månaderna har forskare konverterat bindväv från huden till hjärtceller, blodceller och leverceller, rapporterar Nature News.

Efter deras framgång med musens hudceller gick laget igenom en stegvis process för att upprepa den med mänskliga celler.

Först bevisade de att de kunde omvandla mänskliga embryonala stamceller till neuroner genom att infektera dem med ett virus som uttrycker samma tre gener som de använde i musexperimentet. De kallade behandlingen "BAM", kort för de tre generna, transkriptionsfaktorerna Brn2, Ascl1 och Myt1.

BAM-behandlingen tog bara sex dagar för att omvandla mänskliga embryonala stamceller till fuctioning neuroner och det fungerade också på iPS-celler.

Men när de flyttade till nästa steg, och använde BAM-behandlingen att göra med mänskliga hudceller vad de uppnådde med muskropparna, sprang de i problem.

Genom att använda fibroblasthudceller från huden av abortade foster och förhuden av nyfödda fann de att BAM-behandlingen lyckades skapa celler som såg ut som neuroner, men saknade en viktig funktion: de kunde inte avfyra de elektriska pulser som behövs för att kommunicera med varandra.

Så forskarna gissade att en ingrediens saknades, och genom försök och fel hittade de så småningom det, en fjärde transkriptionsfaktor, genen heter NeuroD.

Med NeuroD tillsatt med hjälp av virusbäraren lyckades Wernig och kollegor koaxera många av neuronerna för att svara på elektrisk stimulering så att de inom några veckor gjorde synaptiska kontakter med musneuronerna som växte bredvid dem.

Det finns problem: även om det gäller möss, kan omkring 20% ​​skinn omvandlas direkt till neuroner, med mänskliga hudceller minskar denna effektivitet till omkring 2% eller 4%. Och medan musprocessen bara tar dagar, för mänsklig hud, handlar det om flera veckor, och de elektriska pulserna hos de resulterande neuronerna är inte lika starka som de hos naturligt härledda neuronerna.

Teamet arbetar nu för att försöka lösa dessa problem och perfektera en växande kultur som ökar hastigheten och effektiviteten i direktomvandlingsprocessen.

"Det är tydligt att mus och människor skiljer sig på betydande sätt", säger Wernig.

Ett annat team i Stanford konverterade nyligen hudceller till iPS-celler och samlade dem sedan för att bli patientspecifika neuroner för att behandla en kvinna med Parkinsons sjukdom. Men processen är väldigt arbetsintensiv och bygger på cellinjer som har ett mindre utbud av mångfald jämfört med naturligt skapade neuroner.

Genom att jämföra direktomvandlingsmetoden med iPS-metoden sa Wernig att det var viktigt att fortsätta arbeta med båda:

"IPS-cellens tillvägagångssätt är genomförbart och har visat sig fungera."

"Det är möjligt att det bästa sättet kan variera beroende på sjukdomen eller typen av forskning som görs," tillade han.

Nationalinstituten för hälsa, Stanford-institutet för stamcellsbiologi och regenerativ medicin, Donald E. och Delia B. Baxter Foundation, Ellison Medical Foundation, Stinehard-Reed Foundation och New York stamcellsstiftelse tillhandahöll medel och stöd För forskningen, liksom Stanfords patologiska institution.

"Induktion av humana neuronala celler genom definierade transkriptionsfaktorer."

Zhiping P. Pang, Nan Yang, Thomas Vierbuchen, Austin Ostermeier, Daniel R. Fuentes, Troy Q. Yang, Ami Citri, Vittorio Sebastiano, Samuele Marro, Thomas C. Südhof och Marius Wernig

Natur Publicerad online 26 maj 2011

DOI: 10.1038 / nature10202

Relaterad artikel (jan 2010): Mus hudceller vända direkt till neuroner, hoppar över IPS-scenen

Ytterligare källor: Stanford School of Medicine, Nature News.

Star Wreck: In the Pirkinning (with subtitles in 10 languages) (Video Medicinsk Och Professionell 2019).

Avsnitt Frågor På Medicin: Medicinsk praktik