Konvertieren von Fruchtwasser abgeleiteten Zellen in Endothelzellen Um beschädigte Blutgefäße Repair In Herzerkrankungen, Schlaganfall , Diabetes und Trauma

Ein Forschungsteam am Weill Cornell Medical College hat einen Weg gefunden , um diagnostische pränatale nutzen entdeckt Amniozentese Zellen , die Neuprogrammierung sie in reichlich und stabile Endothelzellen in der Lage zu regenerieren beschädigte Blutgefäße und der Reparatur der verletzten Organen .

Ihre Studie , online veröffentlicht Zelle, Malt ein Bild von einer zukünftigen Therapie, wo Fruchtwasser von tausenden Amniozentese Verfahren gesammelt jährlich, während der Mitte der Schwangerschaft fetale Chromosomen zu untersuchen, würden mit Zustimmung der Frauen, die sich die Prüfung gesammelt werden. Zellen , die das gesamte Kreislaufsystem Linie - Diese Zellen, die keine embryonalen sind, würden dann mit einem Trio von Genen, die sie in Milliarden von Endothelzellen umprogrammieren schnell behandelt werden. Die neuen Endothelzellen konnten gefroren und Querneigung die gleiche Weise Blut ist , und Patienten, die einer Blutgefäßreparaturwäre in der Lage , die Zellen durch eine einfache Injektion erhalten .

Wenn in Zukunft Studien belegt , könnte diese neuartige Therapie dramatisch Verbesserung der Behandlung für Erkrankungen zu einer beschädigten Gefäßsystem verbunden sind , einschließlich Herzkrankheit . Schlaganfall Lungenerkrankungen , wie Lungenaufblähung , Diabetes und Trauma, sagt Senior Investigator der Studie , Dr. Shahin Rafii , die Arthur B. Belfer Professor in Genetische Medizin am Weill Cornell Medical College und Co-Direktor der Ansary Stem Cell Institute .

" Derzeit gibt es keine kurative Behandlung für Patienten mit vaskulären Erkrankungen zur Verfügung und der gemeinsame Nenner all diesen Erkrankungen ist Dysfunktion der Blutgefäße, insbesondere Endothelzellen , die die Bausteine ​​der Gefäße sind ", sagt Dr. Rafii , der auch ein Howard Hughes Medical Institute Investigator .

Aber diese Zellen zu tun viel mehr als nur bieten die Sanitär- , um Blut zu bewegen. Dr. Rafii hat vor kurzem führte eine Reihe von Studien, die transformative Endothelzellen zeigen, in Blutgefäßen zu produzieren Wachstumsfaktoren, die aktiv an der Orgel Wartung, Reparatur und Regeneration zu beteiligen. So, während geschädigte Gefäße , die Organe nicht reparieren sie mit Blut zu nähren , sagt er, eine Infusion von neuen Endothelzellen konnte.

" Der Austausch der dysfunktionalen Endothelzellen mit Transplantation von normalen , richtig konstruiert kultivierten Endothelzellen könnte möglicherweise für eine neuartige Therapie für viele Patienten bieten", sagt Studie Co-Autor Dr. Sina Rabbany , außerordentlicher Professor für Biotechnologie in der genetischen Medizin am Weill Cornell . "Um die Gewebe mit einer klinisch relevanten Dimensionen zu konstruieren , können Endothelzellen in porösen dreidimensionalen Gerüsten , die, einmal in verletzten Organ eines Patienten eingeführt, zusammengesetzt werden , könnte wahr Blutgefäße zu bilden. "

Dr. Rafii sagt, dass diese Studie wird möglicherweise ein neues Feld der translationalen Gefäßmedizin . Er schätzt, dass nur vier Jahren zahlen für die präklinische Arbeit erforderlich, um die FDA-Zulassung zu klinischen Studien am Menschen beginnen , das Potenzial der neu programmiert Endothelzellen zur Behandlung von vaskulären Erkrankungen vorantreiben wollen .

Im Rahmen ihrer Studie erwies sich das Forschungsteam , bei Mäusen , dass Endothelzellen aus menschlichen Fruchtwasser-Zellen umprogrammiert könnte in eine verletzte Leber engraft zu stabilen, normalen und funktionelle Blutgefäße zu bilden. "Wir haben gezeigt , dass diese transplantierten Endothelzellen in der Lage, einzigartige Wachstumsfaktoren , um die Regeneration der Leberzellen zu fördern produzieren ", sagt die Studie führen Forscher , Dr. Michael Ginsberg , ein leitender Postdoktorand im Labor von Dr. Rafii .

" Das Neue an dieser Technik ist , dass von 100.000 Amnionzellen - eine kleine Menge - wir wuchsen mehr als sechs Milliarden neue authentische Endothelzellen innerhalb weniger Wochen ", sagt Dr. Ginsberg . " Und wenn wir diese Zellen in Mäuse injiziert , eine erhebliche Menge an sie zu regenerieren Gefäße eingepflanzt . Es war bemerkenswert , um zu sehen , dass diese Zellen ging Recht auf Arbeit Bau neuer Blutgefäße in der Leber als auch die Herstellung der richtigen Wachstumsfaktoren , die möglicherweise könnte Regeneration und Reparatur verletzten Organen . "

Die Goldilocks von Cellular Reprogramming

Bisher gab es viele Fehlversuche klinisch produzieren Endothelzellen, die verwendet werden, um Patienten zu behandeln. Isolierung von Endothelzellen aus adulten Organen , so dass sie im Labor gezüchtet werden, ist nicht effizient , so Dr. James Daylon , Koautor der Studie und Assistant Professor der Stammzellbiologie in der Reproduktionsmedizin am Weill Cornell Medical College . Versuche, die Zellen aus körper Master pluripotente Stammzellen produzieren auch nicht geklappt. Experimente haben gezeigt , dass prototypische pluripotenten Stammzellen , wie embryonale Stammzellen , die das Potenzial haben, zu einem Körperzelle zu werden, produzieren Endothelzellen aber oft wachsen schlecht , und wenn sie nicht vollständig differenziert könnte möglicherweise Krebs verursachen . " Überreden adulten Zellen zu einem stielartigen Zustand zurück , so dass sie dann gedrückt werden, um Endothelzellen bilden , an dieser Stelle , klinisch nicht möglich ist, und laufende Studien in meinem Labor an der Erreichung dieses Ziels ausgerichtet ", sagt Dr.

James , der auch Dozent für Stammzellbiologie in Gynäkologie und Geburtshilfe und der genetischen Medizin am Weill Cornell . Daher suchte Dr. Rafii Team für eine neue Quelle der Zellen, konnten sie in ein riesiges Angebot an stabile Endothelzellen drehen . Sie sondiert menschlichen Fruchtwasser stammenden Zellen , die einige Studien gezeigt haben das Potenzial, differenzierte Zelltypen entstehen , wenn in der richtigen Art und Weise stimuliert - was noch niemand erkannt .

In ihrer ersten Experimente mit diesen Zellen vor drei Jahren , verwendet Dr. Ginsberg Zellen aus einer Fruchtwasseruntersuchung bei 16 Wochen der Schwangerschaft gegeben übernommen. Forscher fanden heraus, dass die Fruchtwasser-Zellen sind die " Goldilocks " der zellulären Programmierung. " Sie sind nicht so instabil wie Kunststoff und Endothelzellen aus embryonalen Zellen oder so stur wie jene aus Umprogrammierung differenzierter erwachsener Zellen produziert abgeleitet ", sagt Dr. Ginsberg . Stattdessen sagt er Amnionzellen Schaffung der Voraussetzungen , die genau richtig sind - die so genannte " Goldilocks -Prinzip" - für die Herstellung von Endothelzellen.

Aber um diese Entdeckung zu machen , mussten die Forscher wissen, wie die Fruchtwasser-Zellen umzuprogrammieren. Zu diesem Zweck sah sie für die Gene , die embryonalen Stammzellen zu verwenden, um zu Endothelzellen zu differenzieren. Dr. Rafii Gruppe wurden drei Gene, die während der Gefäßentwicklung zum Ausdruck kommen , die alle Mitglieder der E- sechsundzwanzig (ETS) Familie von Transkriptionsfaktoren bekannt, die Zelldifferenzierung , insbesondere Blutgefäßbildung zu regulieren sind .

Als nächstes Gentransfer -Technologie verwendet sie , um die drei Gene in reifen Fruchtwasser-Zellen einfügen , und fahren eine von ihnen nach einer kurzen, kritischen Phase der Tätigkeit mit Hilfe einer speziellen molekularen Inhibitor . Bemerkenswerterweise konnte 20 Prozent der amniotischen Zellen effizient in Endothelzellen umprogrammiert werden. "Das ist schon eine Leistung , da die aktuellen Strategien zur umprogrammieren adulten Zellen führen weniger als ein Prozent der Zeit in erfolgreiche Reprogrammierung in Endothelzellen ", sagt Dr. Rafii .

"Diese Transkriptionsfaktoren nicht krebserregend, und die Endothelzellen aus menschlichen Fruchtwasser-Zellen umprogrammiert nicht tumorigenen und könnte in der Zukunft in Patienten mit einer großen Sicherheitsspielraum infundiert werden ", sagt Dr. Ginsberg .

Die Ergebnisse legen nahe , dass auch andere Transkriptionsfaktoren könnten verwendet werden , um die Amnionzellen in viele andere gewebespezifische Zellen , wie jene , aus denen sich die Muskeln , Gehirn, Pankreas-Inselzellen und anderen Teilen des Körpers neu zu programmieren ist.

"Während unserer Arbeit konzentrierte sich hauptsächlich auf die Reprogrammierung von Fruchtzellen in Endothelzellen, vermuten wir, dass durch die Verwendung von anderen Transkriptionsfaktoren und Wachstumsbedingungen , unsere Gruppe und andere werden praktisch in jedem Organ Zelltyp in der Lage, Maus und Mensch Amnionzellen umprogrammieren wie Hepatozyten in der Leber, Herzmuskelzellen in Herzmuskel , Nervenzellen im Gehirn und sogar Chondrozyten in Knorpel, um nur einige zu nennen ", sagt Dr. Ginsberg .

" Offensichtlich sind die Auswirkungen dieser Ergebnisse wäre enorm auf dem Gebiet der translationalen regenerativen Medizin ", betont Studie Co-Autor Dr. Zev Rosenwaks , das Revlon Distinguished Professor für Reproduktionsmedizin in Gynäkologie und Geburtshilfe am Weill Cornell Medical College und Direktor und Arzt -in -chief der Ronald O. Perelman und Claudia Cohen Zentrum für Reproduktionsmedizin an der NewYork- Presbyterian Hospital / Weill Cornell Medical Center. " Das größte Hindernis bei der Verfolgung zu überwinden , um spezifische Gewebe und Organe zu regenerieren ist die Voraussetzung für erhebliche Mengen an Zellen - in Milliardenhöhe - . , Die stabil , sicher und langlebig sind Unser Ansatz wird uns näher an diesen Meilenstein zu bringen. "

" Am wichtigsten ist, könnten diese Endothelzellen aus Fruchtwasser-Zellen von genetisch unterschiedlichen Individuen neu programmiert werden ", sagt Co-Autor Dr. Venkat R. Pulijaal , Direktor der zytogenetische Labor , Associate Professor für klinische Pathologie und Labormedizin am Weill Cornell . Was Endothelzellen ein Patient erhält, würde auf ihrer Human-Leukozyten- Antigen (HLA) Typ, der eine Reihe von Selbsterkennungsmoleküle, die es den Ärzten ermöglichen , einen Patienten mit potenziellen Spendern von Blut oder Gewebe entsprechen ist abhängen.

" Die Auswahl der richtigen immunologisch abgestimmt Endothelzellen für jeden Patienten wäre vergleichbar mit Blutgruppenbestimmung . Es gibt nur so viele Sorten , die gut über die Fruchtwasserzellen , die erzielt werden könnten , eingefroren und von verschiedensten ethnischen Gruppen um die Querneigung vertreten sind Welt ", sagt Dr. Rafii .

Ein Patent auf die Entdeckung eingereicht.