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Convertir a los glóbulos a un estado de la célula madre: una entrevista con Elias Zambidis, M.D., Ph.D.

IMAGEN del ARTÍCULO de Elias Zambidis

Fue anunciado recientemente que usted ha desarrollado un método de confianza para convertir a los glóbulos a un estado primitivo de la célula madre. ¿Por favor podría usted informarnos más sobre este estado primitivo?

El estado primitivo de la célula madre que creamos se llama una “célula madre pluripotent inducida” (iPSC). el iPSC es un nuevo, único, y artificial-creado tipo de célula madre que primero fue descrita en 2006 por un científico japonés nombrado Shinya Yamanaka. Él y sus colegas primero crearon el iPSC usando las células genético modificadas del fibroblasto del ratón con un método llamado “reprogramación factor-basada transcripción”.

el iPSC es esencialmente las variedades de células inmortales que tienen características de las células madres embrionarias que se derivan normalmente de los embriones humanos que son varios días viejos (después del concepto).

Ambas células madres embrionarias e iPSC pueden potencialmente hacer que cualquier célula pulsan o el tejido/el órgano en la carrocería. Si usted inyecta y mezcla una línea del iPSC del ratón con un embrión sano del ratón, un ratón totalmente normal formará que es una mezcla “quimérica” de la línea del iPSC y del embrión normal del ratón. Ése es cómo es potente son estas células madres.

En 2007, varios grupos en todo el mundo (grupo incluyendo de Yamanaka) eran acertados en más futuro usando el factor de la transcripción que reprogramaba para generar el iPSC humano de fibroblastos humanos usando los mismos cuatro factores genéticos (de Yamanaka) que su grupo primero describió (SOX2, KLF4, OCT4, y MYC). Otros factores adicionales eran también más adelante usados por otros para crear el iPSC humano.

Hoy, hay decenas de laboratorios todos en todo el mundo, incluyendo mis los propio en la Facultad de Medicina de la Universidad John Hopkins, que puede generar rutinario el iPSC humano usando la aproximación general de la ingeniería genética de Yamanaka. El método es extremadamente aburrido y que toma tiempo, pero altamente reproductivo con el entrenamiento y la experiencia científicos apropiados.

¿Podría usted dar por favor una introducción abreviada a los glóbulos y en qué tipo su investigación estaba?

La sangre se compone de los glóbulos rojos (eritrocitos), de las células blancas (células mieloides, linfocitos, y células madres de sangre raras), y de las plaquetas (que median la formación del coágulo durante la extracción de aire). Los glóbulos rojos y las plaquetas no tienen núcleos y DNA, y por lo tanto no pueden genético ser dirigidos.

En este estudio nos centramos específicamente en la capacidad de la población mieloide blanca de la célula de ser convertido eficientemente en iPSC sin el uso de virus. El uso de virus como herramientas de expresar los factores de Yamanaka y de generar el iPSC es actualmente una práctica rutinaria en el campo debido a su facilidad de empleo. Con todo, esta aproximación tiene el potencial de crear las células cacerígenas que pueden hacer el iPSC no no clínico útil después.

El tipo de célula blanca que utilizamos se puede fácilmente obtener cualquiera de un drenaje de la sangre, o con una aguja bajo el anestésico local de la médula del caballete. Además, pueden ser obtenidos de las muestras de sangre del cordón umbilical umbilicales cosechadas en un lanzamiento de bebé.

Las células madres de la sangre son extremadamente raras en la médula, e incluso más raras en sangre periférica. Sin embargo, nuestro estudio utilizó las células blancas más abundantes que son jovenes, pero no es muy las células madres raras.

En nuestros estudios, estas células blancas jovenes abundantes (progenitores) fueron obtenidas de las diversas fuentes humanas normales (e.g., sangre del cordón umbilical, sangre periférica adulta, y sangre de la médula).

La mayor parte de nuestros experimentos humanos del iPSC se centraron en los progenitores mieloides de la sangre del cordón umbilical para demostrar la prueba del principio. Utilizamos a un progenitor CD34 llamado marcador de la sangre para aislar estas células blancas de las diversas fuentes, y entonces permitimos estas células desplegarse y madurarse en un plato de cultura con la médula células (stromal) del “ayudante” antes de que genético las convirtiéramos en iPSC humano.

Aunque hiciéramos esto en un plato del laboratorio en condiciones artificiales definidas usando las células stromal del “ayudante”, estos progenitores de la célula blanca se despliegan y se maduran normalmente naturalmente con estas células stromal en su médula para hacer células blancas especializadas llamadas los neutrófilos, los monocitos, y los macrófagos, que luchan lejos las infecciones bacterianas que pueden incorporar su sangre de un corte o escariar.

Importantemente, su carrocería contiene mil millones de tales células blancas, y representa así una fuente altamente accesible de las células adultas que se podrían utilizar para generar el iPSC humano usando nuestro método. Las células madres de sangre más primitivas, pero más raras tienen otras capacidades de hacer los glóbulos rojos, los linfocitos (células inmunes), y las plaquetas.

Nuestro método muy eficiente no requiere el uso de las células madres raras purificadas de la sangre, y esto es una distinción grande en nuestra aproximación, puesto que otras habían sugerido previamente que usted necesitó utilizar a las células madres más raras para generar eficientemente el iPSC humano sangre-derivado. Mostramos que esto no está tan.

Debe también ser observado que las células de sangre del cordón umbilical que utilizamos están desechadas normalmente en el lanzamiento, pero representar un recurso valioso para la investigación y las terapias clínicas futuras.

Las células de sangre del cordón umbilical también tienen muchas otras ventajas únicas sobre los glóbulos adultos. Por ejemplo, porque son más jovenes, contienen menos problemas genéticos detectados con ellos. Por otra parte, hay inclinaciones laterales de sangre ordenadas para las células de sangre del cordón umbilical todas en todo el mundo que se podrían potencialmente utilizar para crear una inclinación lateral del hiPSC usando nuestro método eficiente. Las células de sangre del cordón umbilical sin purificar o la médula adulta pueden también producir fácilmente las células del “ayudante” (stromal mesenquimal) que reforzábamos nuestra eficiencia de conversión de la célula madre.

Así, todos los ingredientes que usted necesita crear eficientemente a una célula madre paciente-específica sin un virus se pueden obtener fácilmente del drenaje de la sangre del mismo paciente con nuestra aproximación. Estas líneas humanas paciente-específicas del iPSC se pueden entonces utilizar para generar las células adaptadas genético-igualadas del corazón, las neuronas, las células pancreáticas, o las células vasculares para tratar las diversas enfermedades que colocan de ataques del corazón a la diabetes.

¿Cuál es la ventaja de desarrollar un método para convertir eficientemente a los glóbulos a un estado primitivo de la célula madre?

Como se describe anteriormente, el iPSC humano es creado introduciendo factores genéticos definidos en las células completo distinguidas obtenidas de la carrocería de una persona adulta (e.g., las células epiteliales o los glóbulos). Esto se hace generalmente usando un virus genético dirigido para expresar los factores definidos. Es un proceso aburrido y extremadamente ineficaz. Solamente las fracciones raras (del <1%) de las células genético dirigidas convierten real en una línea acertada del iPSC. Por otra parte, de las líneas raras del iPSC que forman, la mayoría está de una calidad terrible, y no puede hacer a menudo eficientemente los tipos uno de la célula quiere.

Muchos grupos han mostrado generalmente que muchas de las líneas humanas del iPSC que resultan de este proceso no son tan buenas como las células madres embrionarias humanas en hacer el trabajo de generar todos los tipos de la célula de la carrocería. Muchas líneas del iPSC parecen conservar una memoria de su tipo original de la célula, y algunos investigadores creen que esto puede perjudicar su capacidad de hacer todos los tipos de la célula bien. Esto se llama “memoria epigenética”. Así, hay una necesidad en la fabricación del iPSC con mayor facilidad, sin los virus, y con memoria más de alta calidad y una poca epigenética.

Por otra parte, la mayoría del iPSC hecho con métodos virales se ha mostrado para tener el potencial de convertir en las células cacerígenas en otro momento. La expresión viral de los factores genéticos que convierten una célula adulta en una célula madre pluripotent causa una integración permanente de ellos en los cromosomas normales, y ésta puede causar malignidad más adelante. Esto es porque los factores de Yamanaka que ayudan a convertir una célula adulta en un estado pluripotent, pueden también comportarse como oncogenes cuando están expresados anormalmente.

Así, hay un esfuerzo grande en muchos laboratorios por todo el mundo de imaginar cómo hacer el iPSC sin el uso de virus, o sin la integración permanente de los factores de Yamanaka. Sin embargo, ésta ha resultado no ser una tarea fácil. Varios grupos han denunciado un cierto éxito, pero aparece ser más ineficaz girar las células adultas en iPSC sin el uso de estos métodos virales.

Nuestro laboratorio, así como varios otros en todo el mundo apreciaron recientemente que los glóbulos poseen ventajas distintas en su potencial para ser convertida en iPSC. El año pasado, mi grupo y dos otros grupos simultáneamente y denunciado independientemente que los glóbulos tempranos encontrados en sangre del cordón umbilical o médula son objetivos fantásticos para hacer el iPSC humano sin los virus. Para hacerlo, nosotros todas las construcciones “episomal” nonviral usadas de la DNA para expresar temporalmente los factores de Yamanaka en estos glóbulos tempranos. La eficiencia era bastante buena para todos nosotros comparada a usar a las células epiteliales, pero seguía siendo muy inferior (0.1%-1%).

Estas construcciones episomal de la DNA pueden ser forzadas en el núcleo de glóbulos con un pulso eléctrico. Es difícil consiguiéndolas hacia adentro allí sin embargo porque las construcciones de la DNA son muy grandes, y ajustan pelado para pasar a través de los orificios que perforamos en las células con nuestro pulso eléctrico. Una vez en las células, nuestras construcciones de la DNA expresan los factores de Yamanaka por los cortos períodos de tiempo (varias semanas), y entonces degradan naturalmente sin dejar una huella genética que estaban allí.

Aunque muchos otros hubieran sospechado un “specialness” de los glóbulos para convertir en iPSC humano, nuestro estudio apenas publicado era el primer para optimizar y para explotar el potencial especial de células mieloides de modo que pudiéramos convertir a la mayoría de los glóbulos que consiguieron nuestra construcción de la DNA en un estado pluripotent.

¿Qué había evitado previamente que los científicos convirtieran a los glóbulos de nuevo a un vástago embrionario primitivo célula-como estado?

Estos últimos años, ha habido una explosión en el estudio de la biología del iPSC. Los científicos de algunos de los laboratorios mejores y más brillantes en todo el mundo están trabajando con ellos. Muchos grupos excepcionales ahora han invertido mucha hora y recurso en resolver las advertencias técnicas de la frustración de Yamanaka imperfectas con todo método asombroso.

Estos esfuerzos han incluido:

  1. método que se convierte para generar el iPSC humano más eficientemente sin los virus
  2. métodos que se convierten para hacer el iPSC humano con un más de alta calidad que es equivalente a las células madres embrionarias humanas auténticas
  3. otros métodos que se convierten para engatusar el iPSC humano en eficientemente generan las células clínico deseadas del repuesto (e.g neuronas, células del corazón, glóbulos, los etc)

A pesar del gran potencial del iPSC humano, hay actualmente los problemas técnicos importantes que han evitado que los científicos logren estas tres metas. Por ejemplo, hay un discusión en curso sobre cuál es el tipo más óptimo y lo más seguro posible más accesible de la célula que se puede obtener fácilmente de un paciente para la conversión genética en una línea de alta calidad del iPSC sin los virus.

Han propuesto las células epiteliales, las células de pelo, las células gordas, y los glóbulos todos como fuentes de célula “dispensadoras de aceite” ideales debido a su abundancia. Los glóbulos y las células epiteliales son especialmente atractivos puesto que usted puede conseguir fácilmente una biopsia de la piel o un drenaje de la sangre en la oficina de un doctor para convertir en su propia línea humana adaptada del iPSC. Nuestro estudio muestra que la conversión nonviral de células epiteliales en iPSC humano es en ninguna parte cerca tan eficiente como las células mieloides.

¿Cómo usted manejó desarrollar una manera para convertir a los glóbulos en un estado primitivo de la célula madre sin usar virus?

En nuestro manuscrito, demostramos por primera vez que el contrario a la sugerencia anterior, él es de hecho posible generar el iPSC humano sin los virus con una eficacia extremadamente alta en una fracción muy grande de células mieloides humanas de factor-expresión. La eficiencia de convertir las células mieloides en iPSC humano con nuestra aproximación era las épocas >10,000 más eficientes que con las células epiteliales.

Utilizamos una optimización que emplea el microambiente stromal natural de estas células mieloides. Las señales extrínsecas del lugar que fueron ofrecidas por las células stromal mesenquimales de la médula (BMSC), así como el estímulo sinérgico de factores de incremento hematopoyéticos que pusimos en nuestro sistema eran suficientes convertir a una gran mayoría de las células mieloides al iPSC humano con rapidez notable.

Este estímulo doble reforzó importante la capacidad de células mieloides de convertir al iPSC, y solamente una construcción única y simple del episoma de la DNA que expresó los cuatro factores de Yamanaka transitorio era necesaria. La conversión era rápida y completa en solamente 1-2 semanas.

La DNA fue degradada posteriormente de distancia, y no era permanente integrada después de que hubiera ocurrido la conversión. Así, éstos iPSC humano no-integrado estaban inmediatamente listos para la investigación y los estudios preclínicos.

En nuestros estudios, encontramos que nuestro método stromal del cebo era tan eficiente en convertir las células mieloides en iPSC humano que el paso régimen-limitador para esta conversión era sobre todo la eficiencia pobre apenas de conseguir nuestra construcción grande, abultada de la DNA en los glóbulos. Cuando enriquecimos para solamente los glóbulos que habían recibido con éxito nuestro cargamento de la construcción de la DNA, y después habían medido la eficiencia de la conversión del iPSC en este grupo seleccionado, descubrimos que conseguíamos real eficiencias sin precedentes por lo menos de la conversión del 50% en el iPSC humano de alta calidad.

¿Cuáles son las ventajas de usar a estos glóbulos convertidos bastante que las células madres embrionarias humanas que tienen propiedades similares?

El iPSC humano tiene características y potencial muy similares de la diferenciación con las células madres embrionarias humanas que pueden ser obtenidas de una clínica de la fertilización (IVF) in vitro, y que se cosechan de un embrión humano multicelular del día 5-6.

Sin embargo, aunque las células madres embrionarias humanas del imitador humano del iPSC y están muy, muy similar en muchos aspectos, ellas no son de hecho totalmente equivalentes genético. Ahora se ha descrito algunas diferencias genéticas y epigenéticas únicas entre ellas que pueden hacerlos más dura distinguir a los tipos correctos de la célula.

Con todo, ambas células madres embrionarias e iPSC humanos tenga potencial teóricamente igual de hacer cualquier tipo de la célula en la carrocería si podemos encontrar maneras de hacerlas de calidad igual. Más importante, porque el iPSC humano se deriva del glóbulo de un paciente con nuestro método, sobrepasamos totalmente la controversia de usar las células desechadas del embrión humano para las terapias de célula madre.

¿Qué impacto usted piensa su investigación tiene?

  1. Creemos que el problema de la ineficacia de generar no-viral, iPSC humano útil esencialmente está resuelto clínico si uno utiliza las células mieloides y nuestro método stromal de la co-cultura. Nuestro trabajo en curso también ha revelado recientemente que éstos rápido-reprogramaron los Cb-iPSC nonviral BMSC-preparados también tienen borradura más rápida de las marcas epigenéticas de la memoria, y tienen capacidades mucho más robustas de la diferenciación comparadas al otro iPSC humano hecho con otros métodos.
  2. Las eficacias muy altas para convertir las células mieloides en iPSC humano pueden ahora abrir los pasos misteriosos de la reprogramación factor-basada a estudios biológicos más detallados. La biología celular de este proceso para las células humanas se puede ahora observar más exacto, puesto que las poblaciones sincronizadas de células que convierten se pueden ahora cerco en los diversos puntos del tiempo. Estos resultados pueden también abrir nuevas avenidas de la investigación para aclarar los factores micro-ambientales que impulsan la reprogramación eficiente en otros tipos dispensadores de aceite de la célula como las células epiteliales y las células de pelo.

¿Qué planes usted tiene para la investigación adicional en este campo?

Uno de los mensajes para llevar más importantes de nuestro papel publicado era que el pluripotency inducido eficiente requirió una activación coordinada de las redes comunes del gen de la célula madre que regulan la uno mismo-renovación y la diferenciación en progenitores hematopoyéticos y células madres embrionarias.

Estamos intentando actualmente aprender que qué activó los glóbulos pueden enseñarnos sobre el estado pluripotent de la célula madre. No pensamos que era un accidente que convirtieron a los glóbulos tan fácilmente al iPSC humano comparado a las células epiteliales en nuestros estudios. Creemos que hay una biología muy importante e interesante destapar aquí.

Las redes del gen que fueron expresadas en las células mieloides activadas, y que facilitaron la conversión al iPSC también están implicadas interesante en girar las células normales en un estado cacerígeno en otros contextos. Así, estamos interesados en la investigación de qué regula el equilibrio entre girar una célula adulta en un iPSC “normal”, o cuando va este proceso mal, en una célula mala.

Somos también afilados en la aclaración exactamente cómo las señales stromal de la médula que utilizamos podían rev más lejos encima de este proceso entero de girar una célula mieloide en una línea del iPSC. Finalmente, estamos estudiando actualmente el potencial de la diferenciación de estos iPSC humano sangre-derivado único de hacer las células del corazón, las células vasculares, las células retinianas, y a las neuronas.

¿Usted tiene gusto de hacer más lejos comentarios?

La capacidad de convertir una sangre o a una célula epitelial distinguida nuevamente dentro de un estado embrionario no es nada brevemente del revolucionario. Este fenómeno tiene impacto amplio no sólo para el remedio regenerador, pero también para la comprensión futura de la biología del envejecimiento y del cáncer.

Este campo se está moviendo en un paso notable rápido. Como rato emocionante de ser científico y médico, y de atestiguar progresos notables en este campo revela literalmente casi cada semana en los gorrones científicos. La calidad de la ciencia que está conducto es muy alta, e impresionante colaborativo.

Los científicos de diversos intereses y campos están contribuyendo. Aquellos de nosotros que trabaja en el campo es toda la lectura y aprendizaje de los papeles de cada uno, y después precipitación para reproducir conclusión de cada uno y para llevarlas el escenario siguiente. Con cada paso científico adelante en biología del iPSC, he encontrado que otro científico de otro grupo tomará rápidamente el bastón de mando, y después publico el avance lógico siguiente en este rompecabezas en solamente varios meses.

La publicación del acceso rápida, abierta de descubrimientos importantes de cada uno ha facilitado este proceso del adelanto. En mi opinión, somos todos en medio de una revolución científica notable con un impacto amplio y emocionante para el remedio.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

El papel publicado de Park y otros (2012) se puede encontrar en este eslabón:

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

El Web site del laboratorio de Zambidis:

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

Para más información general sobre las células madres pluripotent inducidas:

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

Financiamiento de esta investigación

Este trabajo fue soportado por las concesiones de los institutos de la salud nacionales, y el fondo de investigación de la célula madre de Maryland.

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

IMAGEN GRANDE de Elias ZambidisEl Dr. Elias Zambidis es profesor adjunto de la oncología y de la pediatría en la Facultad de Medicina de Johns Hopkins.

El Dr. Zambidis practica la oncología pediátrica en el departamento de la oncología, centro completo del cáncer de Kimmel en Johns Hopkins, y es el investigador principal de un laboratorio en el programa de la célula madre en el instituto de Johns Hopkins para la ingeniería de la célula.

El Dr. Zambidis ganó su M.D./Ph.D. en el programa de entrenamiento del científico médico (M.S.T.P.) en la universidad de Rochester, Rochester, N.Y. Él hizo su residencia de la pediatría en el departamento de la pediatría, de la universidad de Washington, de St. Louis, de Missouri, y de sus becas clínicas/de la investigación en hematología/oncología pediátricas en el hospital de Johns Hopkins y el Instituto Nacional del Cáncer en el NIH.

Su experiencia clínica está en la oncología pediátrica que se especializa en malignidades hematológicas, hematopoyesis de desarrollo, sangre y trasplante de la médula (BMT), y biología de célula madre y terapéutica.

El Dr. Zambidis está interesado en la biología de desarrollo de células madres hematopoyéticas normales y malas. Él utiliza la manipulación y la diferenciación genéticas de células madres pluripotent embrionarias y adultas para estudiar los mecanismos celulares y moleculares de la hematopoyesis humana.

Usando las células madres embrionarias humanas (hESC) así como las células madres pluripotent inducidas (iPSC), él está explorando si un hemangioblast humano (progenitor bipotential de células madres y (HSC) del endotelio hematopoyéticos) da lugar al sistema hematopoyético humano entero, y si estas células se pueden derivar y desplegar para los desordenes vasculares y hematopoyéticos.

Su laboratorio está estudiando el papel de una variedad de proteínas y está haciendo señales las moléculas que son crítico importantes en la orquestración del lanzamiento de la hematopoyesis embrionaria humana. los progenitores hESC-derivados de la sangre son importantes en la comprensión de los orígenes de desarrollo de la leucemia pediátrica, pero también para el trasplante clínico 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.

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