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Técnica nova da análise genomic da único-pilha para inverter a engenharia do tecido

Considere a maravilha do embrião. Começa como um glob das pilhas idênticas que deformam e funcionam enquanto multiplicam para se transformar as pilhas de nossos pulmões, de músculos, de nervos e de todos os tecidos especializados restantes do corpo.

Agora, em um repto da engenharia reversa do tecido, os pesquisadores de Stanford começaram a desembaraçar a codificação genética complexa que permite que as células embrionárias proliferem e transformem em todas as pilhas especializadas que executam uma miríade de tarefas biológicas diferentes.

Uma equipe de pesquisadores interdisciplinars tomou pilhas do pulmão dos embriões dos ratos, escolhendo amostras em pontos diferentes no ciclo de revelação da criatura. Usando a técnica nova da análise genomic da único-pilha, gravaram que genes eram activos em cada pilha em cada ponto. Embora estudaram pilhas do pulmão, sua técnica é aplicável a qualquer tipo de pilha.

“Isto apresenta um manual para que como faça a engenharia reversa do tecido,” disse o terramoto de Stephen, professor de Otterson do Lee na escola da engenharia e no líder da equipa de investigação.

Detalhou as experiências em um papel da natureza co-sido o autor com Mark Krasnow, um professor da bioquímica na Faculdade de Medicina de Stanford e no Tushar Desai, um professor adjunto da medicina pulmonaa e crítica do cuidado em Stanford.

Usaram esta aproximação da engenharia reversa para estudar as pilhas nos alvéolos - o pequeno balão-como estruturas nas pontas das vias aéreas. Os alvéolos servem como as estações de embarcadouro onde os vasos sanguíneos recebem o oxigênio e entregam o dióxido de carbono.

Barbara Treutlein, um erudito pos-doctoral no laboratório do terramoto, junto com Doug Brownfield, um pesquisador pos-doctoral no laboratório de Krasnow, isolado 198 pilhas do pulmão dos embriões do rato em três fases da gestação: 14,5 dias, 16,5 dias e 18,5 dias (os ratos estão em médio carregado em 20 dias). Igualmente tomaram algumas pilhas do pulmão dos ratos adultos.

Usaram técnicas enzimáticos padrão para dissolver as proteínas que mantêm as pilhas do pulmão unidas no formulário do tecido, a seguir classificaram para fora os tipos alveolares específicos da pilha que eram o foco de seu estudo.

Seus passos seguintes envolveram umas técnicas mais novas no centro de seu processo da engenharia reversa.

Aviso como os eyedroppers trabalham. Esprema o bulbo de borracha para evacuar o ar; mergulhe-o em uma solução para enchê-la com o líquido; esprema o bulbo outra vez para forçar para fora o líquido. Os biotechnologists têm usado nos últimos anos aqueles princípios básicos para desenvolver dispositivos microfluidic de tal precisão que podem sugar uma única pilha fora da solução e a isolar em uma câmara para estudar seu material genético.

O laboratório do terramoto abriu caminho o uso de microplaquetas microfluidic estudar únicas pilhas. Neste estudo, usaram dispositivos microfluidic para capturar suas 198 pilhas do pulmão da amostra. Então usaram arranjar em seqüência genomic da única pilha para medir que genes eram activos em cada pilha em cada vez.

Como descodificaram a actividade genomic em uma única pilha? Recorde que o ADN no núcleo de cada pilha contem o genoma completo para esse organismo. É por isso é possível construir um organismo de uma única pilha. Mas somente alguns daqueles genes são activos em toda a pilha dada a um momento determinado. É por isso as pilhas do pulmão são diferentes do que pilhas de cabelo; cada pilha tem um grupo diferente de genes activos que dirigem suas funções.

Os genes dirigem a actividade celular fazendo ou “expressando” um RNA de mensageiro ou um mRNA. Cada mRNA instrui a pilha para fazer uma proteína particular. As pilhas são essencialmente um grupo de proteínas de interacção. Conseqüentemente sabendo que mRNAs são ofertas do active um a lente na função dessa pilha no ponto quando foi capturada no dispositivo microfluidic.

Usando este processo os pesquisadores de Stanford revelaram pela primeira vez precisamente que os genes regulam a revelação destas pilhas particulares do pulmão em cada etapa ao longo do caminho para amadurecer os alvéolos.

Um encontrar importante envolveu a revelação de dois tipos importantes das pilhas na ponta dos alvéolos, onde o pulmão encontra o sangue para executar a troca do gás que nos mantem vivos.

Tipo alveolar eu pilhas sou as pilhas as mais lisas no corpo. Os glóbulos entram ao lado delas para entregar o oxigênio ou pegarar o dióxido de carbono. O thinness da pilha é vital a facilitar esta transferência do gás.

O tipo alveolar pilhas de II é compacto e cuboidal. Segregam proteínas para manter os alvéolos do desmoronamento como balões vazios, para manter o espaço interno através de que o dióxido do oxigênio e de carbono pode se mover.

Usar a única genómica da pilha permitiu que aos pesquisadores ao coordenador reverso o processo de revelação mostrasse como um único tipo da pilha do ancestral causa both of these pilhas alveolares diferentes, maduras.

Os pesquisadores igualmente capturaram pilhas na transição do ancestral ao estado maduro da pilha, ganhando introspecções cruciais no mecanismo da diferenciação de pilha alveolar

Embora este estudo se centre sobre pilhas do pulmão, a técnica - capturando pilhas individuais em fases diferentes da revelação embrionária e avaliando a actividade de gene com arranjar em seqüência do mRNA - pode ser reverso-coordenador usado outros tecidos.

Além do que o estudo da revelação embrionária, a técnica podia ser usada em ajustes clínicos. Por exemplo os pesquisadores poderiam estudar diferenças entre pilhas individuais em um tumor, melhorando nossa compreensão das fases dos cancros e conduzindo para melhorar, terapias mais visadas.

“Esta tecnologia representa um pulo quantal para a frente em nossa capacidade para capturar a diversidade completa da pilha dactilografa dentro uma população dada, incluindo o raros que poderiam ter funções especiais,” disse Desai. “Porque uma caracterização molecular detalhada de cada tipo é conseguida, incluindo os sinais enviam e recebem, um instantâneo da comunicação entre pilhas individuais igualmente emergirá e pode sugerir alvos terapêuticos atractivos na doença.”