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Nueva técnica del análisis genomic unicelular para invertir la ingeniería del tejido

Considere la maravilla del embrión. Comienza como glob de las células idénticas que desforman y funcionan mientras que se multiplican para convertirse en las células de nuestros pulmones, de los músculos, de los nervios y del resto de tejidos especializados de la carrocería.

Ahora, en una hazaña de la ingeniería reversa del tejido, los investigadores de Stanford han comenzado a desenredar la codificación genética compleja que permite que las células embrionarias proliferen y transformen en todas las células especializadas que realicen una miríada de diversas tareas biológicas.

Las personas de investigadores interdisciplinarios tomaron las células del pulmón de los embriones de ratones, eligiendo muestras en diversos puntos en el ciclo del revelado de la criatura. Usando la nueva técnica del análisis genomic unicelular, registraron qué genes eran activos en cada célula en cada punto. Aunque estudiaron las células del pulmón, su técnica es aplicable a cualquier tipo de célula.

“Esto presenta un libro de estrategias para que cómo haga la ingeniería reversa del tejido,” dijo el temblor de Stephen, el profesor de Lee Otterson en la escuela de la ingeniería y el líder del equipo de investigación.

Él detalló los experimentos en un papel de la naturaleza co-sido autor con la marca Krasnow, profesor de la bioquímica en la Facultad de Medicina y el Tushar Desai de Stanford, profesor adjunto del remedio pulmonar y crítico del cuidado en Stanford.

Utilizaron esta aproximación de la ingeniería reversa para estudiar las células en los alvéolos - el pequeño globo-como las estructuras en los extremos de las aerovías. Los alvéolos sirven como estaciones de acoplamiento en donde los vasos sanguíneos reciben el oxígeno y entregan el dióxido de carbono.

Barbara Treutlein, escolar postdoctoral en el laboratorio del temblor, así como Doug Brownfield, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Krasnow, aislado 198 células del pulmón de embriones del ratón en tres escenarios de gestación: 14,5 días, 16,5 días y 18,5 días (los ratones por término medio se soportan en 20 días). También tomaron algunas células del pulmón de ratones adultos.

Utilizaron técnicas enzimáticas estándar para disolver las proteínas que llevan a cabo las células del pulmón juntas en forma del tejido, después arreglaron los tipos alveolares específicos de la célula que eran el foco de su estudio.

Sus pasos siguientes implicaron más nuevas técnicas en el corazón de su proceso de la ingeniería reversa.

Llamada cómo los eyedroppers trabajan. Exprima el bulbo de goma para evacuar el aire; húndalo en una solución para llenarla del líquido; exprima el bulbo otra vez para forzar el líquido fuera. Los biotechnologists han utilizado estos últimos años esos principios de base para desarrollar los dispositivos microfluidic de tal precisión que pueden chupar una célula fuera de la solución y aislarla en una cámara para estudiar su material genético.

El laboratorio del temblor ha promovido el uso de virutas microfluidic de estudiar células. En este estudio, utilizaron los dispositivos microfluidic para capturar sus 198 células del pulmón de la muestra. Entonces utilizaron la secuencia genomic unicelular para medir qué genes eran activos en cada célula en cada vez.

¿Cómo decodificaron actividad genomic en una célula? Revoque que la DNA en el núcleo de cada célula contiene el genoma completo para ese organismo. Por eso es posible construir un organismo de una célula. Pero solamente algunos de esos genes son activos en cualquier célula dada en un momento dado. Por eso las células del pulmón son diferentes que las células de pelo; cada célula tiene un diverso equipo de genes activos que dirigen sus funciones.

Los genes dirigen actividad celular haciendo o “expresando” un ARN de mensajero o un mRNA. Cada mRNA da instrucciones la célula para hacer una proteína determinada. Las células son esencialmente un grupo de proteínas que obran recíprocamente. Por lo tanto sabiendo qué mRNAs son ofertas del active a la lente en la función de esa célula en el punto cuando fue capturada en el dispositivo microfluidic.

Usando este proceso los investigadores de Stanford revelaron por primera vez exacto que los genes regulan el revelado de estas células determinadas del pulmón en cada paso a lo largo del camino para madurar los alvéolos.

El un encontrar importante implicó el revelado de dos tipos importantes de las células en el extremo de los alvéolos, donde el pulmón resuelve sangre para realizar la cantina del gas que nos mantiene activos.

El tipo alveolar células de I es las células más planas de la carrocería. Los glóbulos atracan junto a ellas para entregar el oxígeno o para tomar el dióxido de carbono. La delgadez de la célula es vital a facilitar esta transferencia del gas.

El tipo alveolar células de II es compacto y cuboidal. Secretan las proteínas para guardar los alvéolos de desplomarse como los globos vacíos, para mantener el espacio interno a través del cual el dióxido del oxígeno y de carbono puede moverse.

Usando la genómica unicelular permitida que los investigadores al ingeniero reverso el proceso de desarrollo muestre cómo un único tipo de la célula del progenitor da lugar a ambas células alveolares diversas, maduras.

Los investigadores también capturaron las células en la transición del progenitor al estado maduro de la célula, ganando discernimientos cruciales en el mecanismo de la diferenciación de célula alveolar

Aunque este estudio se centrara en las células del pulmón, la técnica - capturando las células individuales en diversos escenarios del revelado embrionario y fijando actividad de gen con la secuencia del mRNA - puede ser reverso-ingeniero usado otros tejidos.

Además de estudiar el revelado embrionario, la técnica se podía utilizar en fijaciones clínicas. Por ejemplo los investigadores podrían estudiar diferencias entre las células individuales en un tumor, perfeccionando nuestra comprensión de los escenarios de cánceres y llevando para mejorar, terapias apuntadas.

“Esta tecnología representa un salto cuántico adelante en nuestra capacidad de prender la diversidad completa de la célula pulsa hacia adentro una población dada, incluyendo las raras que podrían tener funciones especiales,” dijo a Desai. “Porque una caracterización molecular completa de cada tipo se logra, incluyendo las señales envían y reciben, una foto de la comunicación entre las células individuales también emergerá y puede sugerir objetivos terapéuticos atractivos en enfermedad.”