Het gebruiken van CRISPR om de Veroorzaakte Cellen van de Stam te produceren Pluripotent

Thought LeadersDr. Sheng DingSenior Investigator, Gladstone InstitutesProfessor of Pharmaceutical Chemistry, UCSF

Hoe verschillen de veroorzaakte pluripotent stamcellen van embryonale stamcellen? Welke methodologieën gebruikte opbrengst pluripotent stamcellen in het verleden hebben veroorzaakt?

In termen van celfunctie of celpotentieel, zijn de veroorzaakte pluripotent stamcellen identiek aan embryonale stamcellen. Dat is werkelijk het doel om veroorzaakte pluripotent stamcellen te maken.

Krediet: nobeastsofierce/Shutterstock.com

De moleculaire en functionele eigenschappen van veroorzaakte pluripotent stamcellen zijn identiek aan embryonale stamcellen, maar de veroorzaakte pluripotent stamcellen worden afgeleid uit somatische cellen.

Deze somatische cellen kunnen van volwassen weefsels zoals de huid, bloed of een ander gemakkelijk toegankelijk weefsel worden geïsoleerd, maar de embryonale stamcellen kunnen slechts uit een embryo in een specifiek stadium in ontwikkeling worden afgeleid; het zogenaamde blastocyststadium.

Het gebruik van embryonale cellen is controversieel, aangezien het embryo typisch wordt vernietigd om de stamcellen te isoleren. Dat is waarom de veroorzaakte pluripotent stamcel de enige bron van stamcellen voor vele onderzoekers is geworden. Zij hebben de zelfde moleculaire en functionele eigenschappen maar verschillen van embryonale stamcellen door hun bron.

Welk challenges do scientists gezicht wanneer het over het werken met stamcellen komt? Waarom is belangrijk zijn het dat nieuwe methodes ontwikkeld?

De veroorzaakte pluripotent stamcellen werden eerst geproduceerd door vier transcriptiefactoren in de somatische cel overexpressing. Deze transcriptiefactoren worden exogeen geleverd in de somatische cel, waar zij de cel om een pluripotent stamcel herprogrammeren te worden.

Dat was de originele methode die door Yamanaka en zijn team wordt ontwikkeld, die een Nobelprijs een paar jaar geleden won. Het is een zeer krachtige techniek die momenteel wordt gebruikt om veroorzaakte pluripotent stamcellen voor een brede waaier van toepassingen te produceren.

Nochtans, kan het hebben van een verschillende methode om veroorzaakte pluripotent stamcellen te produceren nieuwe voordelen aanbieden. Dat is waarom, sinds de originele ontdekking van veroorzaakte pluripotent stamcellen over een decennium geleden, de onderzoekers op het gebied van de stamcel om zich bij het ontwikkelen van nieuwe methodes hebben geprobeerd te identificeren en te werken om het zelfde celtype te produceren.

Ik denk dit voor om het even welke nieuwe technologie waar is, zal om het even welke bepaalde technologie bepaalde beperkingen hebben en de mensen zullen zeker altijd nieuwe methodes verbeteren of willen identificeren om het zelfde product of het zelfde materiaal te maken. In dit geval, proberen de mensen om het zelfde type van cellen te maken.

Het hebben van een verschillende methode kan bepaalde beperkingen richten verbonden aan vorige methodes en kan bepaalde voordelen in termen van therapeutische of zelfs niet-geneeskundige toepassingen aanbieden.

Gelieve te schetsen uw recent onderzoek dat stamcellen impliceert.

Onze recentste ontdekking impliceerde het herontwerpen van het CRISPR-Cas9 systeem en het gebruiken van het om veroorzaakte pluripotent stamcellen te creëren.

Aangezien u kunt het weten, werd CRISPR oorspronkelijk ontworpen om een specifiek gen of de opeenvolging van DNA uit te geven.

Voor dit, heeft het systeem CRISPR twee belangrijke componenten. Men is gidsRNA, dat wordt gebruikt om van een specifieke opeenvolging in het genoom de plaats te bepalen, en andere is een enzym dat wordt gebruikt om het doelgebied van DNA te snijden.

In onze experimenten, handhaafden wij Cas9, of CRISPR de functie van de genoomlocalisatie, maar stelden de scherpe functie van DNA buiten werking. Bovenop dat, smolten wij een transcriptional activeringsfactor met de Cas9 proteïne zodat wij transcriptie bij een specifieke genomic plaats konden activeren.

Dit betekende dat in plaats van het introduceren van vier die factoren herprogrammeren in de somatische cel, wij het CRISPR activeringssysteem gebruikten om transcriptie bij een specifieke plaats te activeren om het herprogrammeren in een fenotype van de stamcel te veroorzaken.

Waarom is het gebruiken van CRISPR in het onderzoek van de stamcel zulk een vordering?

Onze studie produceerde een aantal nieuwe bevindingen of vooruitgang. Ten eerste, gebruikten wij CRISPR om transcriptional activering bij een specifieke genomic plaats te veroorzaken. Dit is fundamenteel verschillend van het leveren van de het herprogrammeren factoren in de cel.

Of deze nieuwe methodologie zelfs zou werken en wat het onderliggende mechanisme van deze nieuwe methodologie eerder onbekend was. Zo, trachtten wij eerst te beoordelen of dit zelfs mogelijk was en wat het mechanisme achter dit fundamenteel verschillende proces zou zijn.

Dat is één soort van het vinden, één belangrijke vooruitgang in onze studie. Wij bewezen dat het mogelijk was om CRISPR te gebruiken om somatische cellen te herprogrammeren en begon bepalend de methodologie achter dit proces.

Ten tweede, kan deze methodologie een verschillend veiligheidsprofiel aanbieden voor het produceren van veroorzaakte pluripotent stamcellen, die vorige zorgen verbonden aan de kankerverwekkendheid van exogeen het introduceren van het herprogrammeren factoren richt.

Ten slotte, kan deze methode gemakkelijker of gemakkelijk voor het levende genetische herprogrammeren worden aangepast, waar u één enkel systeem van de genlevering kunt gebruiken om activering van veelvoudige genen te bereiken.

De genen die worden gebruikt om een cel te herprogrammeren die de traditionele methode gebruikt kunnen vrij groot zijn, is betekenen van het gebruik van één enkele vector onmogelijk. Één enkele vector kan niet alle vier genen omringen of kan niet alle vier genen in een cel uitdrukken.

In plaats van het introduceren van genen, gebruikt het systeem CRISPR een veel korter gebied van gidsRNA om van transcriptie van doelgenen de plaats te bepalen en te activeren. U kunt vijf, tien of meer genen in één enkele vector gemakkelijk aanpassen. Dat is een belangrijk technisch verschil met dit systeem.

Krediet: Andrii Vodolazhskyi/Shutterstock.com

Wat zijn de beperkingen van het gebruiken van CRISPR om veroorzaakte pluripotent stamcellen te produceren?

Een beperking van het produceren van veroorzaakte pluripotent stamcellen die de originele methode gebruiken was het veiligheidsprofiel van de cellen.

De traditionele benadering van het somatische herprogrammeren, waar de vier genen exogeen in een onderscheiden cel worden geleverd kan tumorigenic cellen produceren. Het wordt verondersteld toe te schrijven om aan de persistentie van de buitenlandse genen in de veroorzaakte pluripotent stamcel te zijn.

Ook, kan herprogrammeren gebruikend de originele methode onvolledig zijn, verlatend één of andere somatische cel epigenetisch geheugen. Dat is werkelijk een het herprogrammeren efficiencykwestie.

Het mechanisme dat wij in onze recentste studie hebben gebruikt was zeer verschillend. Wij zijn nog tijdens het kenmerken van de veiligheid en de efficiency van geproduceerd cellen die deze gewijzigde versie van het systeem CRISPR gebruiken. Gezien het feit dat onze methode die buitenlandse het herprogrammeren genen niet introduceert, activeren wij de genen eerder dan het voorzien van de cel van een extra exemplaar of veelvoudige exemplaren van buitenlandse genen.

Dit betekent dat wij niet de zelfde veiligheidszorgen zoals vóór hebben, aangezien wij geen cellen van buitenlandse oncogene het herprogrammeren factoren voorzien. In plaats daarvan, activeren wij transcriptie van genen die reeds aanwezig in de cel zijn.

Wij blijven de eigenschappen van veroorzaakte pluripotent op deze wijze geproduceerde stamcellen volledig kenmerken. Elke benadering zal zijn eigen pros - en - cons. hebben, maar hebben van een verschillende methodologie zal in termen van het overwinnen van vorige beperkingen vrij nuttig zijn.

In de toekomst, denkt u de veroorzaakte pluripotent stamcellen uit routine in onderzoek en behandeling zullen gebruikt worden?

De veroorzaakte pluripotent stamcellen worden (iPSCs) reeds uit routine gebruikt in verschillende onderzoektoepassingen. Momenteel, worden de iPSC-afgeleide celtypes getest in een waaier van klinische studies, zodat zullen de nieuwe methodes of geavanceerd op het gebied voor een nog groter aantal toepassingen, zowel in onderzoek als therapeutiek toestaan.

Krediet: De Foto's van ci/Shutterstock.com

Welke toepassingen zijn er voor veroorzaakte pluripotent stamcellen in onderzoek en behandeling? Welke opties het aan patiënten zal verstrekken?

De belangrijkste toepassingen van veroorzaakte pluripotent stamcellen (iPSCs) zijn tweevoudig. Men gebruikt veroorzaakte pluripotent stamcellen om modelsystemen van menselijke ziekten te ontwikkelen, die kunnen worden gebruikt om menselijke ziekten beter te begrijpen en nieuwe behandelingen te ontwikkelen.

De veroorzaakte pluripotent stamcellen kunnen niet worden gebruikt aangezien het menselijke ziekte moet behandelen. Zij moeten in specifieke celtypes worden onderscheiden die voor therapie moeten worden gebruikt.

Zo een ander voordeel gebruikt iPSCs wat in weefsel-specifieke celtypes zijn onderscheiden om ziekten of verwondingen te behandelen waar die weefsel-specifieke celtypes in onze eigen organismen zijn verloren. Bijvoorbeeld, testen de mensen reeds pluripotent stam cel-afgeleide cellen voor het behandelen van ziekten van het oog, alvleesklier.

Een voorbeeld waar iPSCs in de toekomst kan worden gebruikt is een proef die momenteel embryonale afgeleide de stamcellen van de stamcel gebruikt om bètacellen voor de behandeling van type I te ontwikkelen diabetes. Opnieuw, omdat iPSCs aan embryonale stamcellen in termen van moleculaire en functionele eigenschappen identiek zijn, is het denkbaar dat de iPSC-afgeleide alvleesklier- bètacel zou kunnen in plaats daarvan worden gebruikt.

Verscheidene bedrijven bereiden of embryonale stamcellen of iPSC-afgeleide dopamine neuronen voor Ziekte van Parkinson en hartspiercellen voor hartverlamming voor.

Wat denkt u de toekomst voor het onderzoek van de stamcel houdt?

Ik denk wij nog in een vrij vroeg stadium in het onderzoek van de stamcel zijn. De belangrijke vooruitgang tijdens het laatste decennium betekent dat wij onze eigen pluripotent stamcellen kunnen nu ontwikkelen vrij gemakkelijk, en die cellen onderscheiden in een verscheidenheid van weefsel en orgaan-specifieke celtypes.

Wij kunnen zelfs onze techniekbenaderingen gebruiken die van concept-specifieke weefsels en organen, ons toestaan om een veel beter inzicht in menselijke ziekten te ontwikkelen gebruikend de modellen van de stamcel. Ook, zoals ik eerder vermeldde, zien wij nu sommige van die afgeleide specifieke celtypes van de stamcel klinische studies ingaan.

In de volgende 10 tot 20 jaar, zullen wij zeker een explosie van verschillende toepassingen van stamcellen in onderzoek en in therapie zien. Ik ben hoopvol dat de regeneratieve geneeskunde die onderscheiden celtypes gebruikt die uit veroorzaakte pluripotent stamcellen zal worden afgeleid worden gebruikt om vele verschillende ziekten en verwondingen te behandelen.

Waar kunnen de lezers meer informatie vinden?

Ongeveer Dr. Sheng Ding

Dr. Ding is een hogere onderzoeker bij het Instituut Gladstone van Cardiovasculaire Ziekte en Professor in de Afdeling van farmaceutische chemie bij de Universiteit van Californië San Francisco (UCSF).

Dr. Ding heeft de ontwikkeling en de toepassing van innovatieve chemische benaderingen op de biologie en de regeneratie van de stamcel de weg bereid. Zijn werk heeft zich op het ontdekken van en het kenmerken van nieuwe kleine molecules geconcentreerd die het diverse cellot en functies kunnen controleren, met inbegrip van het onderhoud van de stamcel, activering, differentiatie en het herprogrammeren in diverse ontwikkelingsstadia en weefsels.

Dr. Ding is een lid van verscheidene professionele groepen, met inbegrip van de Amerikaanse Chemische Maatschappij, Amerikaanse Maatschappij voor de Biologie van de Cel en de Internationale Maatschappij voor het Onderzoek van de Cel van de Stam. Hij heeft een verscheidenheid van eer, met inbegrip van wordt genoemd één van de hoogste vijf mensen van 2009 door de Wetenschapper ontvangen.

Kate Anderton

Written by

Kate Anderton

Kate Anderton is a Biomedical Sciences graduate (B.Sc.) from Lancaster University. She manages the editorial content on News-Medical and carries out interviews with world-renowned medical and life sciences researchers. She also interviews innovative industry leaders who are helping to bring the next generation of medical technologies to market.