Bioengineers umprogrammieren Muskeln um Degeneration Bekämpfung

Forscher an der University of California, Berkeley , haben die Uhr zurück auf reifen Muskelgewebe eingeschaltet wird, schmeichelnd es zurück zu einem früheren Stammzellstadium, neue Muskeln bilden . Außerdem zeigten sie bei Mäusen, die neu programmiert Muskelstammzellen verwendet werden, um beschädigtes Gewebe zu reparieren helfen.

Die Leistung, in der Zeitschrift Chemie" Öffnet die Tür für die Entwicklung neuer Therapien zur Bekämpfung der Degeneration des Muskels zugeordnet Muskeldystrophie oder Alterung ", sagte Studie Principal Investigator Irina Conboy , UC Berkeley Assistant Professor für Bioengineering .

Skelettmuskelgewebe wird von länglichen Bündel von Muskelfasern , die einzelnen Muskelzellen ( Myoblasten ) sind , die miteinander verschmolzen wurden zusammengesetzt ist. Diese Verschmelzung von Einzelzellen wird als der letzte Schritt der Skelettmuskeldifferenzierung.

"Muscle Bildung wurde als einfache Fahrt gesehen worden , und zwar von Stammzellen zu Myoblasten zu Muskelfaser , aber wir waren in der Lage, eine mehrkernigenMuskelfasern auf Kurs zu ändern und getrennt in einzelnen Myoblasten zu erhalten ", sagte Conboy , der ist auch Mitglied der Berkeley Stem Cell Center und ein Ermittler mit dem California Institute for Quantitative Biosciences ( QB3 ) . " Seit vielen Jahren haben die Menschen wollten , dies zu tun , und wir erreicht , dass , indem das Gewebe niedermolekularer Inhibitor Chemikalien nicht verändert Genom der Zelle . "

Nicht alle Stammzellen sind gleich

Die aktuelle Forschung über Behandlungen basierend auf pluripotente Zellen - die Art von Stammzellen , die in jede Art von erwachsenen Zelle verwandeln kann - waren eine Herausforderung. Pluripotenten Zellen entweder kommen aus embryonalem Gewebe , eine Quelle der Kontroverse , oder von Erwachsenen , differenzierte Zellen , die überredet haben , de- Differenzierung in eine embryonale ähnlichen Zustand . Diese letztere Technik produziert induzierte pluripotente Stammzellen (iPS ) durch die Bereitstellung von spezifischen Genen , die die adulten Zellen umzuprogrammieren , um wieder zu einer pluripotenten Stammzelle Zustand zurückkehren .

Pluripotente Stammzellen fast unbegrenzt teilen kann , und wenn nicht auf eine bestimmte Organtyp angetrieben werden, die Zellen rasch Teratome , oder Tumoren , die eine Kombination von unreifen fehlerhafte Gewebe bilden - einen ernsthaften Nachteil der Verwendung von iPS Zelle tansplantation als mögliche Behandlung .

"Die größte Herausforderung sowohl mit embryonalen Stammzellen und iPS-Zellen besteht darin, dass auch nur eine einzige undifferenzierte pluripotente Zellen können in vivo vermehren und verursachen Tumore ", sagte Studie führen Autor Preeti Paliwal , ein UC Berkeley Post-Doktorand in der Biotechnologie . "Wichtig ist, umprogrammiert Muskelstammzellen - Vorläuferzellen bilden keine Tumoren , wenn in den Muskel in vivo transplantiert. "

Im Gegensatz zu pluripotenten Stammzellen , die sich in jede Art von erwachsenen Zellen differenzieren können , ErwachsenenorganspezifischeStammzellen haben eine Reihe Schicksal. Muskelvorläuferzellensind dazu verurteilt, zu Muskelgewebe , können Lebervorläuferzellennur Lebergewebe zu werden, und so weiter.

"Darüber hinaus ist es schwierig, diese embryoartigen Zellen in funktionelle adultem Gewebe , wie Blut, Gehirn oder Muskeln unterscheiden ", so Paliwal . "Also , anstatt sich auf eine pluripotente Stadium , konzentrierten wir uns auf die Vorläuferzellstadium, in dem Zellen bereits auf die Bildung der Skelettmuskulatur verpflichtet und kann sowohl Teile und in Kultur zu wachsen. Vorläuferzellen in die Muskelfasern in vitro und in vivo zu differenzieren auch wenn sie in verletzte Bein Muskel injiziert . "

Mit molekularen Signale die Uhr , um zurückzuspulen

Muskelvorläuferzellenwerden in der Regel zusammen mit reifen Muskelfasern gelegen , weshalb man auch von Satellitenzellen . Diese Zellen schlummerte , bis auf den Plan gerufen , um zu reparieren und neue Muskelgewebe , die verletzt oder abgenutzt ist . Dies geschieht regelmäßig , wie wir über unser tägliches Leben zu gehen, und Muskel-Erbauer wissen diesen Zyklus , wenn sie alt Muskelfasern reißen und neue Gewebe durch Gewichte zu heben.

Jedoch, dass Verfahren der Reparatur wird in Menschen mit Duchenne Muskeldystrophie, eine genetische Erkrankung, bei der die Muskeln degenerieren durch defekte Strukturprotein und die anschließende Absaugung von Muskelstammzellen getragen .

Um eine mehrkernigenMuskelfasern auf Kurs zu ändern und getrennt in einzelnen Myoblasten zu erhalten, setzten die Forscher die differenzierte Muskelgewebe zu Tyrosin- Phosphatase-Inhibitoren und gibt das Signal an Zellen reifen , wieder zu teilen.

" Aussetzen der Muskelfasern zu dieser Tyrosinphosphataseinhibitor sendet Signale für die Zellteilung , aber das kann auch dramatische Veränderung für sie sein", sagte Paliwal . " Diese Zellen bereits zu einer großen Struktur verschmolzen , teilen sich ein Zytoplasma und ein Zellskelett . Wenn Sie einfach sagen, sich zu teilen, viele von ihnen beginnen zu sterben. Sie verwechseln. "

Um dieses Problem zu lösen , haben die Forscher auch einen Inhibitor der Apoptose oder Zelltod. " Wir haben im Grunde Gehirnwäsche unterzogen , um die Zellen in den Zellzyklus zu gehen, sich zu teilen und auch nicht in den Prozess sterben", sagte Paliwal .

Conboy beachten, dass die Verwendung von molekularen Inhibitoren zu de- differen reifen Gewebe wird zu einem gefragten Anwendung in der Stammzell- Feld .

" Diese winzigen Chemikalien im Inneren der Zelle und ändern die Art und Weise der Zelle verhält , ohne dass sein Genom ", sagte sie . " Die Inhibitoren wurden nur 48 Stunden , genug Zeit für den fusionierten Muskelfasern verwendet, um in einzelne Zellen unterteilt , und dann waren sie weg gewaschen. Die Zellen können gehen Sie zu leben und zu sterben als normal, so dass es keine Gefahr, dass diese Aufteilung unkontrolliert zu zu Tumoren. "

Neu umprogrammiert Zellen glühende Rezension zu

Um zweifelsfrei beweisen, dass die Myoblasten sie produziert wurden aus reifen Muskelgewebe und nicht von den wenigen Satellitenzellen , Muskelfasern zu begleiten aktiviert dedifferenziert , genetisch die Forscher der fusionierten Muskelfasern mit einem Protein, das grün fluoreszierende Licht aussendet gekennzeichnet. Die Forscher wussten, dass die Myoblasten , die grün leuchteten konnte nur aus dem differenzierten myofiber kommen .

Um die Überlebensfähigkeit der neu regeneriert myobasts zu testen, zunächst kultiviert die Forscher sie im Labor zeigen, dass sie wachsen könnte , sich vermehren und in der Regel verschmelzen zu neuen Muskelfasern . Die Forscher injizierten die de- differenzierten Myoblasten in lebenden Mäusen mit beschädigten Muskeln.

" Nach zwei bis drei Wochen , überprüften wir die Muskeln und sah neue Muskelfasern, die grün leuchteten , was beweist, dass die Vorläuferzellen die wir von reifen Muskelgewebe abgeleitet beigetragen, Muskelreparatur in vivo bei Mäusen ", sagte Paliwal .

Die Forscher sagen, die nächsten Schritte beinhalten die Prüfung der Verfahren auf die menschliche Muskulatur und Screening für andere molekulare Verbindungen , die helfen könnte de- differen reifen Gewebe.

" Dieser Ansatz wird nicht bei allen degenerativen Erkrankungen zu arbeiten ", sagte Conboy . "Es könnte für einige Krankheiten oder Zuständen , wo wir mit differenziertem Gewebe beginnen , wie Neuronen oder Leberzellen zu arbeiten. Aber die Patienten mit Diabetes Typ I, beispielsweise fehlen die pankreatischen Beta - Inselzellen , Insulin zu produzieren , so dass keine funktionale differenziertes Gewebe mit zu beginnen. Unser Ansatz ist kein Ersatz für pluripotente Zellen , aber es ist ein zusätzliches Instrument im Arsenal der Stammzelltherapie . "

Die National Institutes of Health und dem California Institute of Regenerative Medizin geholfen unterstützt diese Arbeit .