Wissenschaftler haben einen "schweren" Maus , die weltweit erste Tier mit schweren , aber nicht- radioaktiven Isotopen angereichert erstellt - so dass sie mit bisher unerreichter Genauigkeit durch das Lesen des Magnetismus inhärent in dem die Isotope erfassen die molekulare Struktur des natürlichen Gewebes .
Diese Daten wurden verwendet, um biologische Gewebe im Labor praktisch identisch mit nativem Gewebe , die manipuliert und verwendet werden, unmöglich natürlichen Proben analysiert werden können, zu wachsen. Forscher sagen, dass die Vorgehensweise hat ein enormes Potenzial für wissenschaftliche und medizinische Durchbrüche : Labor -grown Gewebe verwendet werden, um Herzklappen zu ersetzen , zum Beispiel.
In der Tat, mit ihren frühesten Forschung auf dem neuen in vitro Gewebe , das Team haben entdeckt, daß Poly- ( ADP Ribose) (PAR) - ein Molekül vermutlich nur in einer Zelle zum Zweck der Reparatur von DNA bestehen - nicht nur außerhalb, sondern Zellen reist kann die Knochenmineralisierung auslösen .
" Es war verrückt zu sehen, PAR verhalten auf diese Weise , es dauerte sechs Monaten detaillierte Analyse und viele weitere Experimente , um uns davon zu überzeugen ", sagte Dr. Melinda Duer von Cambridge Institut für Chemie , der die Studie in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht geführt.
"Ich denke, das ist nur die erste von vielen Entdeckungen, die von der schweren Maus stammen wird . Isotopen angereicherten Proteinen und Zellen sind jetzt ziemlich alltäglich , aber der Sprung zu einem ganzen Tier ist ein großer.
" Die schwereren Kernen in der Kohlenstoffisotope ändert die Rate der chemischen Reaktionen , und viele Menschen - mich zunächst enthalten . - Glaubte nicht, Sie könnten eine ganze Tier mit ihnen zu bereichern Aber es funktionierte wunderbar ", sagte sie .
Die Forschung, die von der Biotechnologie und Biologische Wissenschaften Research Council und British Heart Foundation, zu einem besseren Erfolgsraten für medizinische Implantate führen und reduzieren die Notwendigkeit für Tiere in der Forschung , aber auch die Öffnung einen völlig neuen Ansatz für die biochemische Untersuchung .
Das Team verwendet eine Technik, die als Kernspinresonanz -Spektroskopie (NMR ), die die Magnetkernein bestimmten Isotopen , wie Kohlenstoff -13 gefunden, gelesen werden kann - , die eine Neutronen mehr als die meisten Kohlenstoff hat .
Aber Kohlenstoff-13 macht nur 1 % des Kohlenstoffs in unserem Körper , bei weitem nicht genug, um nützlich NMR tun . Allerdings gelang es den Forschern , um den Kohlenstoff einer Maus bis zu 20% Kohlenstoff-13 zu bekommen.
So wie Sie eine schwere Maus zu machen? Vielleicht ist offensichtlich , füttern Sie es sehr. "Früher haben wir Mausfuttermitteln mit hohem Kohlenstoff-13 und lassen Sie die Maus so viel essen wie mochte es ", sagte Duer . " Es klingt seltsam , aber niemand hatte daran gedacht, es vorher zu tun. Vielleicht alle angenommen hatten es nicht funktionieren würde , ich sicherlich haben einige seltsame Blicke von Kollegen . "
Mit NMR-Analyse des Mausgewebe zur Karte der Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen und zeigen atomaren Strukturen , konnten die Forscher eine "Goldstandard" Referenz für wachsende Gewebe im Labor zu schaffen - einen Fingerabdruck der Atom Netzwerke, die die Grundlage der Proteine in unsere Biologie .
Das Team teilten diese mit Wissenschaftlern Rakesh Rajan und Dr. Roger Brooks in der Abteilung für Unfall- und orthopädische Chirurgie an der Abteilung für Chirurgie der Universität , die der Duer Gruppe NMR " Spektren " Karten verwendet werden, um Zellkulturen zu verfeinern und zu produzieren außergewöhnliche Labor -grown Gewebe , das aussieht nahe identisch mit echten Gewebe.
Beim Vergleich Mikroskopische Bilder von der neuen Labor -grown Gewebe mit nativem Gewebe , sagt Duer sie muss noch eine Biologe, der den Unterschied erkennen können zu finden. "Wir fanden heraus, dass , wenn Sie es richtig auf molekularer Ebene , sieht der Rest nach sich ", sagte sie .
Die neuen Techniken den Wissenschaftlern ermöglichen, über die nanoskopischen , die seit der Grenzwert für die Gewebeanalyse und in die atomare gehen . Sagte Brooks "- - , wenn abgestimmt mit der schweren Mausdaten ergab, in denen Proteine nicht richtig gefaltet , Wir könnten Signale in den NMR-Daten für unser Labor -grown Gewebe , extra Intensitäten, siehe" .
Diese Art von " Fehlfaltung " ist fast unmöglich, durch Mikroskope detektieren , könnte aber in die Wirtsabstoßung führen, wenn das Gewebe wurden zu implantieren . " Durch einen Prozess der Wiederholung NMR Vergleiche konnten wir das Labor Gewebe ändern , bis es in der Nähe sah identisch mit NMR und unter dem Mikroskop ", erklärt Brooks.
Nicht nur haben die Forscher entwickelten diese Techniken , sie es auch geschafft, wissenschaftliche Gold während einige ihrer ersten Experimente an LaborwachsenenGewebes der schweren Maus abgestimmt zu schlagen.
Mit knochenbildenden Zellen wuchs die Gruppe Kollagengewebe im Labor zu prüfen, wie Knochen entwickelt aussehen. Während mit der neuen Methode für Zucker sehen , fanden sie Anzeichen von Molekülen, die nicht da sein sollte - die nächste Sache, diese Moleküle ähnlich war DNA .
Nach weiteren Untersuchungen wurde das Team gezwungen, eine sehr überraschenden Ergebnis zu erreichen : das Molekül war Poly ( ADP- Ribose) oder PAR, die bisher nur gedacht, um in den Zellen , wo seine Aufgabe es ist, das Markieren von beschädigten DNA zur Reparatur zu finden.
" Nicht nur, dass PAR dort, und so dass die Zellen vollständig , aber sobald es in die umgebende Matrix ist es perfekt auf Zug zusammen Anfang Kalzium und Phosphat , aus denen sich Knochenkristalle", erklärte Duer .
Dies wird an der exakt gleichen Zeit die Zellen beginnen zur Festlegung der organischen Matrix , die Mineralkristalle , die Knochen bilden Haus geschieht , sagt Duer . In den folgenden sechs Monaten eine Färbung Test für PAR entwickelt worden , so dass das Team überprüft noch einmal auf das Knochenwachstum direkt aus dem Tier entnommen .
" Wenn die Ergebnisse kamen zurück , auch konnte ich nicht glauben! Das Knochengewebe wurde überall befleckt ", sagte Duer .
Das Team hatte festgestellt, dass das Molekül in allen Lehrbüchern als geschickten Chirurgen der DNA enthalten sind auch Mondlicht als Motor der Knochenproduktion .
"Die Tatsache, dass wir bereits jetzt eine solche bemerkenswerte Entdeckungen mit den Techniken , die als Folge der schweren Maus entwickelt worden sind, ist unglaublich aufregend , und zeigt das enorme Potenzial dieses Ansatzes ", sagte Duer .
"Wir sind nun auf der Suche auf die Blutgefäße zu sehen, wenn Labor -grown Gewebe konnte für den Ersatz Arterien und Herzklappen verwendet werden . - Und zu sehen, ob wir die Moleküle, die Arterienverkalkung sowie Verkalkung der Knochen auslösen können, zu finden "
" Eine Maus auf eine spezielle Diät könnte am Ende Umschreiben der Lehrbücher. "