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Convertendo glóbulos a um estado da célula estaminal: uma entrevista com Elias Zambidis, M.D., Ph.D.

IMAGEM do ARTIGO de Elias Zambidis

Anunciou-se recentemente que você desenvolveu um método seguro para converter glóbulos a um estado primitivo da célula estaminal. Por favor poderia você dizer-nos mais sobre este estado primitivo?

O estado que primitivo da célula estaminal nós criamos é chamado “uma célula estaminal pluripotent induzida” (iPSC). o iPSC é um tipo novo, original, e artificial-criado de célula estaminal que foi descrita primeiramente em 2006 por um cientista japonês nomeado Shinya Yamanaka. E seus colegas criaram primeiramente o iPSC usando pilhas genetically alteradas do fibroblasto do rato com um método chamado “reprogramming factor-baseado transcrição”.

o iPSC é essencialmente as linha celular imortais que têm características das células estaminais embrionárias que são derivadas normalmente dos embriões humanos que são diversos dias velhos (depois da concepção).

Ambas as células estaminais embrionárias e iPSC podem potencial fazer toda a pilha dactilografar ou tecido/órgão no corpo. Se você injecta e mistura uma linha do iPSC do rato com um embrião saudável do rato, um rato completamente normal formará que seja uma mistura “quiméricoa” da linha do iPSC e do embrião normal do rato. Isso é como poderoso estas células estaminais são.

Em 2007, diversos grupos em todo o mundo (incluindo o grupo de Yamanaka) eram bem sucedidos mais em usar o factor da transcrição que reprogramming para gerar o iPSC humano dos fibroblasto humanos usando os mesmos quatro factores que genéticos (de Yamanaka) seu grupo primeiramente descreveu (SOX2, KLF4, OCT4, e MYC). Outros factores adicionais estavam igualmente mais atrasados usados por outro para criar o iPSC humano.

Hoje, há contagens dos laboratórios todas em todo o mundo, incluindo meus próprios na Faculdade de Medicina da Universidade Johns Hopkins, que pode rotineiramente gerar o iPSC humano usando a aproximação geral da genética de Yamanaka. O método é extremamente fastidioso e demorado, mas altamente reprodutível com o treinamento e a experiência científicos apropriados.

Por favor poderia você dar uma breve introdução aos glóbulos e que tipo sua pesquisa estava?

O sangue é compor de pilhas vermelhas (eritrócites), das pilhas brancas (pilhas mielóides, linfócitos, e células estaminais de sangue raras), e das plaqueta (que negociam a formação do coágulo durante o sangramento). As pilhas vermelhas e as plaqueta não têm núcleos e ADN, e não podem conseqüentemente genetically ser projectadas.

Neste estudo nós centramo-nos especificamente sobre a capacidade da população mielóide branca da pilha para ser convertido eficientemente no iPSC sem o uso dos vírus. O uso dos vírus como ferramentas expressar os factores de Yamanaka e gerar o iPSC é actualmente uma prática rotineira no campo devido a sua acessibilidade. Contudo, esta aproximação tem o potencial criar as pilhas cancerígenos que podem fazer o iPSC não clìnica útil mais tarde.

O tipo da pilha que branca nós nos usamos pode facilmente ser obtido qualquer um de uma tracção do sangue, ou com uma agulha sob o anestésico local da medula do quadril. Adicionalmente, podem ser obtidos das amostras de cordão umbilical do cordão umbilical colhidas em uma entrega de bebê.

As células estaminais do sangue são extremamente raras na medula, e mesmo mais raras no sangue periférico. Contudo, nosso estudo usou as pilhas brancas mais abundantes que são novas, mas não é bastante as células estaminais raras.

Em nossos estudos, estas pilhas brancas novas abundantes (ancestral) foram obtidas das várias fontes humanas normais (por exemplo, cordão umbilical, sangue periférico adulto, e sangue da medula).

A maioria de nossas experiências humanas do iPSC focalizaram nos ancestral mielóides do cordão umbilical para demonstrar a prova do princípio. Nós usamos um ancestral CD34 chamado marcador do sangue para isolar estas pilhas brancas das várias fontes, e então nós deixamos estas pilhas expandir e amadurecer-se em um prato de cultura com medula pilhas (stromal) do “ajudante” antes que nós as convertemos genetically no iPSC humano.

Embora nós façamos este em um prato do laboratório em circunstâncias artificiais definidas usando as pilhas stromal do “ajudante”, estes ancestral da pilha branca normalmente expandem e amadurecem-se naturalmente com estas pilhas stromal em sua medula para fazer as pilhas brancas mais especializadas chamadas neutrófilo, monocytes, e macrófagos, que lutam fora as infecções bacterianas que podem incorporar seu sangue de um corte ou o raspar.

Importante, seu corpo contem biliões de tais pilhas brancas, e representa assim uma fonte altamente acessível de pilhas adultas que poderiam ser usadas para gerar o iPSC humano usando nosso método. As células estaminais de sangue mais primitivas, mas mais raras têm umas capacidades mais adicionais para fazer glóbulos vermelhos, linfócitos (pilhas imunes), e plaqueta.

Nosso método altamente eficiente não exige o uso de células estaminais raras refinadas do sangue, e esta é uma distinção grande em nossa aproximação, desde que outro o tinha sugerido previamente necessário para usar as células estaminais mais raras para gerar eficientemente o iPSC humano sangue-derivado. Nós mostramos que este não é assim.

Deve-se igualmente notar que as pilhas que de cordão umbilical nós nos usamos estão rejeitadas normalmente na entrega, no entanto para representar um recurso valioso para a pesquisa e as terapias clínicas futuras.

As pilhas de cordão umbilical igualmente têm muitas outras vantagens originais sobre glóbulos adultos. Por exemplo, porque são mais novos, contêm menos problemas genéticos adquiridos com eles. Além disso, há bancos de sangue organizados para as pilhas de cordão umbilical todos em todo o mundo que poderiam potencial ser usadas para criar um banco do hiPSC usando nosso método eficiente. As pilhas de cordão umbilical Unpurified ou a medula adulta podem igualmente facilmente produzir as pilhas que do “ajudante” (stromal mesenchymal) nós nos usamos para impulsionar nossa eficiência de conversão da célula estaminal.

Assim, todos os ingredientes que você precisa de criar eficientemente uma célula estaminal paciente-específica sem um vírus podem facilmente ser obtidos da tracção do sangue do mesmo paciente com nossa aproximação. Estas linhas humanas paciente-específicas do iPSC podem então ser usadas para gerar pilhas costuradas genetically-combinadas do coração, neurónios, pilhas pancreáticos, ou pilhas vasculares para tratar as várias doenças que variam dos cardíaco de ataque ao diabetes.

Que é a vantagem de desenvolver um método para converter eficientemente glóbulos a um estado primitivo da célula estaminal?

Como descrito acima, o iPSC humano é criado introduzindo factores genéticos definidos nas pilhas inteiramente diferenciadas obtidas do corpo de uma pessoa adulta (por exemplo, células epiteliais ou glóbulos). Isto é feito geralmente usando um vírus genetically projetado para expressar os factores definidos. É um processo fastidioso e extremamente incapaz. Somente as fracções raras (de <1%) das pilhas genetically projetadas convertem realmente em uma linha bem sucedida do iPSC. Além disso, das linhas raras do iPSC que formam, a maioria é de uma qualidade terrível, e frequentemente não pode eficientemente fazer os tipos um da pilha quer.

Geralmente, muitos grupos mostraram que muitas das linhas humanas do iPSC que resultam deste processo não são tão boas quanto células estaminais embrionárias humanas em fazer o trabalho de gerar todos os tipos da pilha do corpo. Muitas linhas do iPSC parecem reter uma memória de seu tipo original da pilha, e alguns investigador acreditam que este pode ter desvantagens sua capacidade para fazer todos os tipos da pilha bons. Isto é chamado “memória epigenética”. Assim, há uma necessidade em fazer o iPSC com maior facilidade, sem vírus, e com memória mais de alta qualidade e pouca epigenética.

Além disso, a maioria de iPSC feito com métodos virais foi mostrado para ter o potencial converter mais tarde em pilhas cancerígenos. A expressão viral dos factores genéticos que convertem uma pilha adulta em uma célula estaminal pluripotent causa uma integração permanente deles em cromossomas normais, e esta pode causar a malignidade mais tarde. Isto é porque os factores de Yamanaka que ajudam a converter uma pilha adulta em um estado pluripotent, podem igualmente se comportar como oncogenes quando expressados anormalmente.

Assim, há um grande esforço em muitos laboratórios no mundo inteiro para figurar para fora como fazer o iPSC sem o uso dos vírus, ou sem integração permanente dos factores de Yamanaka. Contudo, esta despejou não ser uma tarefa fácil. Diversos grupos relataram algum sucesso, mas parece ser mais incapaz transformar pilhas adultas no iPSC sem o uso destes métodos virais.

Nosso laboratório, assim como diverso outro em todo o mundo apreciaram recentemente que os glóbulos possuem vantagens distintas em seu potencial para ser convertida no iPSC. No ano passado, meu grupo e outros dois grupos simultaneamente e relatado independente que os glóbulos adiantados encontrados no cordão umbilical ou na medula são alvos fantásticos para fazer o iPSC humano sem vírus. Para fazê-lo, nós todas as construções “episomal” nonviral usadas do ADN para expressar temporariamente os factores de Yamanaka nestes glóbulos adiantados. A eficiência era relativamente bom para todos nós comparado a usar células epiteliais, mas era ainda bastante baixa (0.1%-1%).

Estas construções episomal do ADN podem ser forçadas no núcleo dos glóbulos com um pulso elétrico. É complicado obtendo os dentro lá embora porque as construções do ADN são muito grandes, e cabem mal para passar através dos furos que nós perfuramos nas pilhas com nosso pulso elétrico. Uma vez nas pilhas, nossas construções do ADN expressam os períodos dos factores de Yamanaka para breve de tempo (diversas semanas), e então degradam naturalmente sem deixar uma pegada genética que estavam lá.

Embora muitos outro suspeitassem um “specialness” dos glóbulos para converter no iPSC humano, nosso estudo apenas publicado era o primeiro para aperfeiçoar e explorar o potencial especial de pilhas mielóides de modo que nós pudéssemos converter a maioria dos glóbulos que obtiveram nossa construção do ADN em um estado pluripotent.

Que tinha impedido previamente que os cientistas convertam glóbulos de volta a uma haste embrionária primitiva pilha-como o estado?

Nos últimos anos, houve uma explosão no estudo da biologia do iPSC. Os cientistas de alguns dos melhores e laboratórios os mais brilhantes em todo o mundo estão trabalhando com eles. Muitos grupos proeminentes têm investido agora muitos hora e recurso em resolver as advertências técnicas frustrantes de Yamanaka imperfeitas contudo método surpreendente.

Estes esforços incluíram:

  1. método tornando-se para gerar mais eficientemente o iPSC humano sem vírus
  2. métodos tornando-se para fazer o iPSC humano com um mais de alta qualidade que seja equivalente às células estaminais embrionárias humanas genuínas
  3. uns métodos tornando-se mais adicionais para persuadir o iPSC humano em eficientemente geram as pilhas clìnica desejadas da substituição (por exemplo neurónios, pilhas do coração, glóbulos, etc.)

Apesar do grande potencial do iPSC humano, há actualmente os problemas técnicos importantes que impediram que os cientistas consigam estes três objetivos. Por exemplo, há um debate em curso no que é o tipo o mais óptimo e o mais confiantemente o mais acessível da pilha que pode facilmente ser obtido de um paciente para a conversão genética em uma linha de alta qualidade do iPSC sem vírus.

As células epiteliais, as pilhas de cabelo, as pilhas gordas, e os glóbulos tudo foram propor como fontes de pilha “fornecedoras” ideais devido a sua abundância. Os glóbulos e as células epiteliais são especialmente atractivos desde que você pode facilmente conseguir uma biópsia da pele ou uma tracção do sangue no escritório de um doutor converter em sua própria linha humana costurada do iPSC. Nosso estudo mostra que a conversão nonviral das células epiteliais no iPSC humano é em nenhuma parte próximo tão eficiente quanto as pilhas mielóides.

Como você controlou desenvolver uma maneira para converter glóbulos em um estado primitivo da célula estaminal sem usar vírus?

Em nosso manuscrito, nós demonstramos pela primeira vez que o contrário à sugestão precedente, ele é certamente possível para gerar extremamente o iPSC humano sem vírus com uma eficiência elevada em uma fracção muito grande de pilhas mielóides humanas factor-expressando. A eficiência de converter pilhas mielóides no iPSC humano com nossa aproximação era as épocas >10,000 mais eficientes do que com células epiteliais.

Nós usamos uma optimização que empregasse o microambiente stromal natural destas pilhas mielóides. Os sinais extrínsecos da ameia que foram fornecidos pelas pilhas stromal mesenchymal da medula (BMSC), assim como a estimulação sinérgico dos factores que de crescimento hematopoietic nós pusemos em nosso sistema eram suficientes para converter uma grande maioria das pilhas mielóides ao iPSC humano com rapidez notável.

Esta estimulação dupla impulsionou significativamente a capacidade de pilhas mielóides para converter ao iPSC, e somente uma única e construção simples do episome do ADN que expressasse os quatro factores de Yamanaka transiente era necessário. A conversão estava rápida e completa em somente 1-2 semanas.

O ADN foi degradado subseqüentemente afastado, e não integrado permanentemente depois que a conversão tinha ocorrido. Assim, estes não-integraram o iPSC humano estavam imediatamente prontos para a pesquisa e estudos pré-clínicos.

Em nossos estudos, nós encontramos que nosso método stromal da escorva era tão eficiente em converter as pilhas mielóides no iPSC humano que a etapa delimitação para esta conversão era na maior parte a eficiência deficiente apenas de obter nossa grande, construção volumosa do ADN nos glóbulos. Quando nós enriquecemos para somente os glóbulos que tinham recebido com sucesso nossa carga da construção do ADN, e tinham medido então a eficiência da conversão do iPSC neste grupo selecionado, nós descobrimos que nós obtínhamos realmente eficiências inauditas pelo menos da conversão de 50% no iPSC humano de alta qualidade.

Que são as vantagens de usar estes glóbulos convertidos um pouco do que as células estaminais embrionárias humanas que têm propriedades similares?

O iPSC humano tem características e o potencial muito similares da diferenciação com as células estaminais embrionárias humanas que podem ser obtidas in vitro de uma clínica (IVF) da fecundação, e que são colhidas de um embrião humano multi-celular do dia 5-6.

Contudo, embora as células estaminais embrionárias humanas da indicação humana do iPSC e são muito, muito similar em vários aspectos, elas não são certamente completamente equivalentes genetically. Foi descrito agora algumas diferenças genéticas e epigenéticas originais entre elas que podem os fazer mais duros se diferenciar aos tipos direitos da pilha.

Contudo, ambas as células estaminais embrionárias e iPSC humanos tenha o potencial teòrica igual fazer qualquer tipo da pilha no corpo se nós podemos encontrar maneiras das fazer da mesma qualidade. Mais importante ainda, porque o iPSC humano é derivado do glóbulo de um paciente com nosso método, nós contorneamos completamente a controvérsia de usar pilhas rejeitadas do embrião humano para terapias de célula estaminal.

Que impacto você pensa sua pesquisa tem?

  1. Nós acreditamos que o problema da incapacidade da geração não-viral, iPSC humano útil está resolvido clìnica essencialmente se um usa pilhas mielóides e nosso método stromal da co-cultura. Nosso trabalho em curso tem revelado igualmente recentemente que estes rápido-reprogrammed Cb-iPSC nonviral BMSC-aprontados igualmente têm uma supressão mais rápida de marcas epigenéticas da memória, e têm umas capacidades muito mais robustas da diferenciação comparadas ao outro iPSC humano feito com outros métodos.
  2. As eficiências elevadas mesmas para converter pilhas mielóides no iPSC humano podem agora abrir as etapas misteriosas de reprogramming factor-baseado a uns estudos biológicos mais detalhados. A biologia celular deste processo para pilhas humanas pode agora ser olhada mais exactamente, desde que as populações sincronizadas de pilhas de conversão podem agora ser recolhidas em vários pontos do tempo. Estes resultados podem igualmente abrir avenidas novas da pesquisa para explicar os factores micro-ambientais que conduzem reprogramming eficiente em outros tipos fornecedores da pilha como células epiteliais e pilhas de cabelo.

Que planos você tem para uma pesquisa mais adicional neste campo?

Uma das mensagens netas as mais importantes de nosso papel publicado era que o pluripotency induzido eficiente exigiu uma activação coordenada das redes comuns do gene da célula estaminal que regulam a auto-renovação e a diferenciação em ancestral hematopoietic e em células estaminais embrionárias.

Nós estamos procurando actualmente aprender que o que activou os glóbulos podem ensinar-nos sobre o estado pluripotent da célula estaminal. Nós não pensamos que era um acidente que os glóbulos estiveram convertidos tão facilmente ao iPSC humano comparado às células epiteliais em nossos estudos. Nós acreditamos que há uma biologia muito importante e interessante descobrir aqui.

As redes do gene que foram expressadas nas pilhas mielóides ativadas, e que facilitaram a conversão ao iPSC são envolvidas interessante igualmente em transformar pilhas normais em um estado cancerígeno em outros contextos. Assim, nós estamos interessados em investigar o que regula o balanço entre transformar uma pilha adulta em um iPSC “normal”, ou quando este processo for awry, em uma pilha maligno.

Nós somos igualmente afiados na explicação exactamente como os sinais que stromal da medula nós nos usamos podiam rev mais acima deste processo inteiro de transformar uma pilha mielóide em uma linha do iPSC. Finalmente, nós estamos estudando actualmente o potencial da diferenciação dos estes iPSC humano sangue-derivado original fazer pilhas do coração, pilhas vasculares, pilhas retinas, e neurónios.

Você gosta de fazer mais comentários?

A capacidade para converter um sangue ou uma célula epitelial diferenciada de novo em um estado embrionário não é nada curto do revolucionário. Este fenômeno tem o impacto largo não somente para a medicina regenerativa, mas igualmente para a compreensão futura da biologia do envelhecimento e do cancro.

Este campo está movendo-se em um ritmo notàvel rápido. Como uma estadia emocionante ser um cientista e um médico, e testemunhar revelações notáveis neste campo desdobra literalmente quase cada semana nos jornais científicos. A qualidade da ciência que está sendo conduzida é muito alta, e impressionante colaborador.

Os cientistas de vários interesses e campos estão contribuindo. Aquelas de nós que trabalham no campo são toda a leitura e aprendizagem dos papéis de cada um, e então pressa para reproduzir resultados de cada um e para tomá-los à fase seguinte. Com cada etapa científica para a frente na biologia do iPSC, eu encontrei que um outro cientista de um outro grupo pegarará rapidamente o bastão, e publico então o avanço lógico seguinte neste enigma somente em diversos meses.

A publicação do acesso rápida, aberta de descobertas importantes de cada um facilitou este processo de avanço. Na minha opinião, nós somos todos no meio de uma revolução científica notável com um impacto largo e emocionante para a medicina.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

O papel publicado por Parques e outros (2012) pode ser encontrado nesta relação:

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0042838

O Web site do laboratório de Zambidis:

http://www.hematopoiesis.org/Zambidis/Home.html

Para obter mais informações gerais sobre das células estaminais pluripotent induzidas:

http://stemcells.nih.gov/info/basics/basics10.asp

Financiamento desta pesquisa

Este trabalho foi apoiado por concessões dos institutos de saúde nacionais, e pelo fundo de pesquisa da célula estaminal de Maryland.

Sobre Elias Zambidis, M.D., Ph.D.

IMAGEM GRANDE de Elias ZambidisO Dr. Elias Zambidis é um professor adjunto da oncologia e da pediatria na Faculdade de Medicina de Johns Hopkins.

O Dr. Zambidis pratica a oncologia pediatra no departamento da oncologia, centro detalhado do cancro de Kimmel em Johns Hopkins, e é o investigador principal de um laboratório no programa da célula estaminal no instituto de Johns Hopkins para a engenharia da pilha.

O Dr. Zambidis ganhou seu M.D./Ph.D. no programa de formação do cientista médico (M.S.T.P.) na universidade de Rochester, Rochester, N.Y. Fez sua residência da pediatria no departamento da pediatria, da universidade de Washington, do St Louis, do Missouri, e das suas bolsa de estudo clínicas/pesquisa na hematologia pediatra/oncologia no hospital de Johns Hopkins e no instituto nacional para o cancro no NIH.

Sua experiência clínica está na oncologia pediatra que especializa-se em malignidades hematológicas, hematopoiesis desenvolvente, sangue e transplantação da medula (BMT), e biologia e terapêutica de célula estaminal.

O Dr. Zambidis está interessado na biologia desenvolvente de células estaminais hematopoietic normais e malignos. Usa a manipulação e a diferenciação genéticas de células estaminais pluripotent embrionárias e adultas para estudar os mecanismos celulares e moleculars do hematopoiesis humano.

Usando células estaminais embrionárias humanas (hESC) assim como células estaminais pluripotent induzidas (iPSC), está explorando se um hemangioblast humano (ancestral bipotential de células estaminais e (HSC) do endothelium hematopoietic) causa o sistema hematopoietic humano inteiro, e se estas pilhas podem ser derivadas e expandido para desordens vasculares e hematopoietic.

Seu laboratório está estudando o papel de uma variedade de proteínas e está sinalizando as moléculas que são criticamente importantes em orquestrar a iniciação do hematopoiesis embrionário humano. os ancestral hESC-derivados do sangue são importantes na compreensão das origens desenvolventes da leucemia pediatra, mas igualmente para a transplantação clínica de HSC.

April Cashin-Garbutt

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April Cashin-Garbutt

April graduated with a first-class honours degree in Natural Sciences from Pembroke College, University of Cambridge. During her time as Editor-in-Chief, News-Medical (2012-2017), she kickstarted the content production process and helped to grow the website readership to over 60 million visitors per year. Through interviewing global thought leaders in medicine and life sciences, including Nobel laureates, April developed a passion for neuroscience and now works at the Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour, located within UCL.

Citations

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