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Nuova tecnica di analisi genomica unicellulare per invertire assistenza tecnica del tessuto

Consideri la meraviglia dell'embrione. Comincia come glob delle celle identiche che deformano e funzionano mentre si moltiplicano per stare bene alle celle dei nostri polmoni, dei muscoli, dei nervi e di tutti i altri tessuti specializzati dell'organismo.

Ora, in un'abilità di assistenza tecnica inversa del tessuto, i ricercatori di Stanford hanno cominciato a disfare la codifica genetica complessa che permette che le celle embrionali proliferino e trasformino in tutte celle specializzate che eseguono una miriade delle mansioni biologiche differenti.

Un gruppo dei ricercatori interdisciplinari ha catturato le celle del polmone dagli embrioni dei mouse, sceglienti i campioni ai punti differenti nel ciclo di sviluppo della creatura. Facendo uso di nuova tecnica di analisi genomica unicellulare, hanno registrato che geni erano attivi in ogni cella ad ogni punto. Sebbene studino le celle del polmone, la loro tecnica è applicabile a qualunque tipo di cella.

“Questo presenta un playbook affinchè come faccia l'assistenza tecnica inversa del tessuto,„ ha detto il tremito di Stephen, il professore di Lee Otterson nel banco di assistenza tecnica ed in guida del gruppo di ricerca.

Ha dettagliato gli esperimenti in un documento della natura co-creato con il segno Krasnow, un professore della biochimica alla scuola di medicina di Stanford e al Tushar Desai, un assistente universitario della medicina polmonare e critica di cura a Stanford.

Hanno usato questo approccio di reingegnerizzazione per studiare le celle negli alveoli - le piccole strutture del tipo di pallone ai suggerimenti delle gallerie di ventilazione. Gli alveoli serviscono da stazioni di aggancio in cui i vasi sanguigni ricevono l'ossigeno e consegnano l'anidride carbonica.

Barbara Treutlein, uno studioso postdottorale nel laboratorio del tremito, insieme a Doug Brownfield, un ricercatore postdottorale nel laboratorio di Krasnow, isolato 198 celle del polmone dagli embrioni del mouse in tre fasi di gestazione: 14,5 giorni, 16,5 giorni e 18,5 giorni (mouse sono in media sopportato ai 20 giorni). Egualmente hanno catturato alcune celle del polmone dai mouse adulti.

Hanno usato le tecniche enzimatiche standard per dissolvere le proteine che tengono insieme le celle del polmone nel modulo del tessuto, quindi hanno selezionato i tipi alveolari specifici delle cellule che erano il fuoco del loro studio.

I loro punti seguenti hanno compreso le più nuove tecniche al centro del loro trattamento di reingegnerizzazione.

Richiamo come i eyedroppers funzionano. Schiacci la lampadina di gomma per evacuare l'aria; immergala in una soluzione per riempirla di liquido; schiacci ancora la lampadina per espellere il liquido. Negli ultimi anni i biotecnologi hanno usato quei principi di base per sviluppare le unità microfluidic di tale precisione che possono succhiare un unicellulare dalla soluzione ed isolarlo in una camera per studiare il suo materiale genetico.

Il laboratorio del tremito ha aperto la strada all'uso dei chip microfluidic studiare gli unicellulari. In questo studio, hanno utilizzato le unità microfluidic per catturare le loro 198 celle del polmone del campione. Poi hanno usato l'ordinamento genomica unicellulare per misurare quali geni erano attivi in ogni cella a ogni volta.

Come hanno decodificato l'attività genomica in un unicellulare? Richiami che il DNA nel nucleo di ogni cella contiene il genoma completo per quell'organismo. Ecco perché è possibile sviluppare un organismo da un unicellulare. Ma soltanto alcuni di quei geni sono attivi in tutta la cella data in qualunque momento. Ecco perché le celle del polmone sono differenti che le cellule ciliate; ogni cella ha un insieme differente dei geni attivi che dirigono le sue funzioni.

I geni dirigono l'attività cellulare facendo o “esprimendo„ RNA messaggero o mRNA. Ogni mRNA istruisce la cella fare una proteina particolare. Le celle sono essenzialmente un gruppo di proteine d'interazione. Di conseguenza conoscendo quali mRNAs sono offerte dell'attivo un la lente nella funzione di quella cella al punto quando è stata catturata nell'unità microfluidic.

Facendo uso di questo trattamento i ricercatori di Stanford hanno rivelato per la prima volta precisamente che i geni regolamentano lo sviluppo di queste celle particolari del polmone ad ogni punto lungo la strada maturare gli alveoli.

Una individuazione importante ha compreso lo sviluppo di due tipi importanti delle cellule al suggerimento degli alveoli, in cui il polmone incontra il sangue per realizzare lo scambio di gas che ci tiene vivi.

Il tipo alveolare celle di I è le celle più piane nell'organismo. I globuli si mettono in bacino accanto loro per consegnare l'ossigeno o prendere l'anidride carbonica. Il thinness della cella è vitale a facilitare questo trasferimento del gas.

Il tipo alveolare celle di II è compatto e cuboidale. Secernono le proteine per tenere gli alveoli dallo sprofondare come i palloni vuoti, in modo da per mantenere lo spazio interno attraverso cui l'ossigeno e l'anidride carbonica possono muoversi.

Facendo uso di genomica unicellulare permessa ai ricercatori all'ingegnere inverso il processo di sviluppo mostrare come un singolo tipo delle cellule del progenitore provoca entrambe celle alveolari differenti e mature.

I ricercatori egualmente hanno catturato le celle nella transizione dal progenitore allo stato maturo delle cellule, guadagnante le comprensioni cruciali nel meccanismo di differenziazione alveolare delle cellule

Sebbene questo studio metta a fuoco sulle celle del polmone, la tecnica - catturando le diverse celle nelle fasi differenti di sviluppo embrionale e valutando attività di gene con l'ordinamento del mRNA - può essere inverso-ingegnere usato altri tessuti.

Oltre a studiare lo sviluppo embrionale, la tecnica ha potuto essere utilizzata nelle impostazioni cliniche. Per esempio i ricercatori potrebbero studiare le differenze fra le diverse celle in un tumore, migliorante la nostra comprensione delle fasi dei cancri e piombo per migliorare, terapie mirate a.

“Questa tecnologia rappresenta un salto quantal in avanti nella nostra capacità di comprendere la diversità completa della cella digita dentro una popolazione data, compreso quelle rare che potrebbero avere funzioni speciali,„ ha detto Desai. “Poiché una caratterizzazione molecolare completa di ogni tipo è raggiunta, compreso i segnali inviano e ricevono, un'istantanea della comunicazione fra le diverse celle egualmente emergerà e può suggerire gli obiettivi terapeutici attraenti nella malattia.„