Kontext zählt bei der Leitung pluripotenten Stammzellen

Herauszufinden, wie unbeschriebenes Blatt Stammzellen entscheiden, welche Art von Zelle sie wollen , wenn sie erwachsen sind - eine Muskelzelle, eine Knochenzelleein Neuron - hat keine leichte Aufgabe für die Wissenschaft.


Wenn leere Tafel Stammzellen zu einer weichen , im Gegensatz zu einer harten Oberfläche, auf der zu wachsen ausgesetzt , beginnen sie , sich in Neuronen , die große, komplexe Zellen des zentralen Nervensystems zu transformieren. Wenn es keine löslichen Faktoren , direkte Zelldifferenzierung, Oberfläche Angelegenheiten , entsprechend der neuen Forschung aus dem Labor der University of Wisconsin- Madison Chemiker und Biochemiker Laura Kiessling .
Bildnachweis: Kiessling Lab / UW-Madison

Menschlichen pluripotenten Stammzellen , die undifferenzierten Zellen , die das Potenzial zu einem der 220 Arten von Zellen im Körper zu unterstützen, sind in der Laborschaledurch den Cocktail von chemischen Faktoren und Proteinen , auf der sie angebaut und gehegt beeinflusst. Je nach der Kombination von Faktoren in einer Kultur verwendet werden, können die Zellen, gelockt werden, um spezifische Zelltypen zu werden.

Jetzt, in einer neuen Studie in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften , ein Team von Forschern an der University of Wisconsin-Madison veröffentlicht eine neue Falten auf die Zelldifferenzierung Gleichung aufgenommen , die zeigen, dass die Steifigkeit der Oberflächen, auf denen Stammzellen angebaut werden können einen starken Einfluss auf das Schicksal der Zelle ausüben .

" Um ableiten Linien , Menschen nutzen löslichen Wachstumsfaktoren zu erhalten, die Zellen zu differenzieren ", erklärt Laura Kiessling , ein UW-Madison Professor für Chemie und Biochemie und Stammzellexperte .

Frühere Arbeiten , bemerkt sie , deutete an, dass die Eigenschaften der Oberfläche, auf der sich eine Zelle Länder könnten einen Einfluss auf das Schicksal der Zelle ausüben , aber die Idee wurde nie vollständig im Rahmen der menschlichen pluripotenten Stammzelldifferenzierung untersucht.

Im Labor werden die Stammzellen in Kunststoffschalen mit einem Gel, das nicht weniger als 1800 verschiedene Proteine ​​enthält, beschichtet gewachsen. Verschiedene Faktoren können eingeführt werden, um bestimmte Arten von Zellen zu erhalten. Aber auch in der Abwesenheit von eingeführten chemischen oder Protein Cues werden die Zellen immer daran, zu unterscheiden - aber in scheinbar zufälligen , ungerichteten Weise.

Die Wisconsin Gruppe, die von Kiessling Regie und Chemie Student Samira Musah führte , beschlossen, die Idee, dass die Härte der Oberfläche kann einen Unterschied machen zu testen. Denn in einem lebenden Körper , Zellen zu suchen verschiedenen Nischen mit unterschiedlichen Qualitäten und verwandeln sich entsprechend.

" . Viele Zelltypen wachsen auf einer Fläche Wenn eine Zelle ist in der Nähe von Knochen , die Umwelt hat bestimmte Eigenschaften ", so Kiessling , dessen Gruppe - die Zusammenarbeit mit UW-Madison Kollegen Sean Palecek , Qiang Chang und William Murphy - gearbeitet hat, zu produzieren präzise , chemisch definierte Flächen , auf denen Stammzellen wachsen. " Eine Zelle wird anders reagieren , wenn sie in der Nähe von weichem Gewebe wie das Gehirn landet . "

Um die Idee, dass Fragen im Zusammenhang mit einer Stammzelloberflächevollständig zu erforschen , erstellt Kiessling Gruppe Gele unterschiedlicher Härte , um Muskeln , Leber und Gehirn Gewebe nachahmen. Die Studie versucht , um zu testen , ob die Oberfläche allein Bestehen keiner hinzugefügt lösliche Faktoren zu Zellschicksal Entscheidungen zu beeinflussen , können sich auf die Differenzierung haben .

Ergebnisse nach Kiessling , zeigte, dass eine weiche, Hirngewebe artige Oberfläche , unabhängig von irgendwelchen löslichen Faktoren war Katalysator genug direkte Zellen mit Neuronen , die großen aufwendigen Zellen, aus denen das zentrale Nervensystem zu werden. Härtere Flächen begünstigt die Stammzellzustand.

"Wir haben nicht alles andere als Schalter von einer harten Oberfläche zu ändern , um eine weiche Unterlage ", sagt Kießling . "Sie begann , die wie Neuronen. Es war überwältigend für mich, dass die Oberfläche hatte eine tiefgreifende Wirkung . "

Im Fall der weichen , Gehirn artige Oberfläche , glauben die Wisconsin Forscher, dass die mechanischen Eigenschaften einer Oberfläche werden das Protein YAP beeinflussen. YAP können im Zytoplasma , sondern auch der Kern einer Zelle gefunden werden , und wenn es im Kern ist , YAP reguliert die Genexpression . Laut den Ergebnissen der Studie wird YAP vom Kern auf den weichen Gele ausgeschlossen , und seine Erschöpfung es hilft treiben die Stammzellen auf eine Gehirnzelle Entwicklungsweg .

Die Feststellung , dass die einfachen mechanischen Eigenschaften einer Oberfläche können eine große Rolle bei der Unterstützung Stammzellen entscheiden, was zu sein zu spielen, verspricht zu helfen, Wissenschaftler besser zu definieren, die Versuchsbedingungen zu lenken Schicksal der Stammzellen . Es kann schließlich auch zu informieren die Verfahren, die zur Herstellung großer Mengen von Zellen für die therapeutische Anwendung und anderen Anwendungen, wie beispielsweise die Hochdurchsatz -Screening von Chemikalien für die Gehirn Toxizität oder Therapeutika verwendet werden.