Führungsstammzellenmedizinmit Gewebeentwicklung "Fahrplan"

In einem Segen für die Zellforschung und der Regenerativen Medizin stammen , Wissenschaftler an der Boston Kinderkrankenhaus, das Wyss Institut für Biologisch inspirierte Engineering an der Harvard University und der Boston University haben ein Computer- Algorithmus namens CellNet als "Fahrplan" für die Zell- und Gewebetechnik erstellt , um zu gewährleisten, dass die Zellen im Labor entwickelt, haben die gleichen guten Eigenschaften als Zellen in unserem Körper . CellNet und ihre Anwendung auf Zellliniendesign stammen in zwei Back- to-Back- Papiere in der Zeitschrift Cell.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt in die Kultivierung pluripotenter Stammzellen ( in der Lage, die Körpergewebe bilden alle) und verwandelt sie in spezialisierte Zelltypen für den Einsatz in der Forschung und der regenerativen Medizin tätig. Erhältlich als Internet- Ressource für ein Wissenschaftler zu verwenden, liefert CellNet eine dringend benötigte " Qualitätssicherung" Maß für diese Arbeit.

Die beiden Papiere verdeutlichen auch die Unsicherheit , um die Methoden sind am besten für die Stammzelltechnik und sollten die Verwendung von Zellen von Patienten Gewebe gewonnenen Krankheitsmodell zu fördern , zu testen potenzielle Medikamente und die Verwendung als Behandlungen. Beispielsweise unter Verwendung CellNet , einer der Studien überraschenderweise gefunden, daß Hautzellen können in Darmzellen , die in der Lage, Kolitis in einem Mausmodell Rückwärts waren umgewandelt.

"Bisher gab es keine systematischen Mittel zur Bewertung der Genauigkeit der Zelltechnik- um festzustellen , wie genau Zellen in einer Petrischale ungefähre natürliche Gewebe im Körper gemacht", sagt George Q. Daley , MD, PhD , Direktor des Stem Cell Transplantation Programm in Boston Kinder- und leitende Ermittler auf beiden Studien . " CellNet wurde entwickelt, um die Qualität der gentechnisch veränderten Zellen zu bewerten und Möglichkeiten zur Verbesserung ihrer Leistung zu identifizieren. "

Gene Signaturen

CellNet gilt Netzwerk Biologie , das komplexe Netzwerk von Genen, die an oder aus in einer konstruierten Zelle , wie Gene Regulatory Netzwerk der Zelle oder GRN bekannt wandte sich zu entdecken. Dann vergleicht er dieses Netzwerk, um reale Gegenstück der Zelle im Körper, wie von der öffentlichen Genomdatenbanken ermittelt. Durch diesen Vergleich können die Forscher konsequent und zuverlässig zu beurteilen :

• Die Qualität der induzierten pluripotenten Stammzellen ( iPS-Zellen ) durch Neuprogrammierung Blutzellen oder Hautzellen hergestellt
• Die Qualität der spezialisierten Zellen - wie Leber, Herz, Muskel, Gehirn und Blutzellen - entweder von iPS-Zellen oder embryonalen Stammzellen hergestellt
• Die Qualität von spezialisierten Zellen, die von anderen spezialisierten Zellen ( wie Leberzellen direkt von den Hautzellen gebildet)
• Was konkrete Verbesserungen an den Engineering-Prozess durchgeführt werden müssen

" CellNet auch ein leistungsfähiges Werkzeug sein, die synthetische Biologie zu fördern - um Zellen für spezifische medizinische Anwendungen zu konstruieren ", sagt James Collins , PhD, Core- Mitglied der Fakultät an der Wyss Institut und dem William F. Warren Distinguished Professor an der Boston University , Co- Senior- Forscher an einer der Studien .

Putting CellNet auf dem Prüfstand

Die Forscher - darunter Co- Autoren erste Patrick Cahan , PhD und Samantha Morris , PhD, von Boston Kinder und Hu Li , PhD, von der Mayo Clinic, zuerst verwendet CellNet um die Qualität der acht Arten von Zellen in 56 veröffentlichten Studien erstellt bewerten .

In einer zweiten Studie , CellNet Lehren wandten sie auf eine wiederkehrende Frage der Stammzellbiologie : Ist es möglich, direkt in ein anderes konvertieren einem spezialisierten Zelltyp , unter Umgehung der mühsame Prozess der vorher eine iPS-Zellen ? In dieser Studie wurden zwei Arten von Zellen direkt umgesetzt : Leberzellen aus Hautzellen hergestellt und Makrophagen, die von B-Zellen hergestellt .

" Die meisten Versuche, direkt zu einem anderen haben sich auf einen Versuch und Irrtum Ansatz hing konvertieren einem spezialisierten Zelltyp ", sagt Cahan , prinzipiell Architekt CellNet und ein Post-Doc- Wissenschaftler in der Daley Labor. "Bis jetzt , Qualitätskontrolle Metriken für gentechnisch veränderten Zellen nicht zum Kern bestimmenden Merkmale eines Zelltyps bekommen . "

In beiden Testfälle zeigte CellNet , dass die gentechnisch veränderten Zellen nicht komplett umgebaut, wobei einige Merkmale ihrer Ursprungszellen - aber wies auf spezifische genetische Veränderungen, die im Labor durchgeführt werden könnten, um das Problem zu beheben .

CellNet auch darauf hingewiesen, einige nützliche Eigenschaften , die vorher nicht erkennbar waren . " Wir fanden, dass Leber -ähnlichen Zellen aus Mäusehaut hergestellt waren eigentlich mehr wie Darmzellen ", sagt Morris. " In der Tat könnte die umgewandelten Hautzellen in Mäusen, die mit entzündlichen Darmerkrankungen engraft - . Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa Nach kurzer Zeit wurden die Zellen sehr ähnlich Mutterdarmzellenund unterstützt die Heilung des geschädigten Gewebes , ein Befund, und überrascht aufgeregt mit uns . "

Guidance für Stammzelltechnik

Zusammen bilden die beiden Studien zu etablieren einige allgemeine Grundsätze für die Stammzellforschung :

• Die GRN von iPS-Zellen erzeugt durch Umprogrammieren einer reifen Zelle ist fast identisch mit der von Stammzellen aus Embryonen hergestellt , die bestätigt, dass iPS-Zellen sind ein guter Rohstoff für die Erstellung von spezialisierten Zellen .
• Sobald manipulierten Zellen in Mäusen eingepflanzt , wird ihre GRN noch näher an dem des echten Zielgewebe , was darauf hinweist , dass das körpereigene Gewebe beitragen Signale, um die Leistung der transplantierten Zellen zu verbessern.
• Differen pluripotenten Stammzellen in spezifische Gewebe ist derzeit wirksamer als Versuch, eine spezielle Zelle direkt in ein anderes konvertieren , wodurch Zellen, deren KNS sind ähnlich denen von Zellen im Körper.
• Die meisten spezialisierten Zellen von anderen spezialisierten Zellen behalten eine gewisse " Erinnerung" an ihre Ursprungszelle , so dass sie weniger als ideal für bestimmte Verwendungen , aber besser für andere.