Unter Verwendung CRISPR, zum von verursachten Pluripotent-Stammzellen zu produzieren

Thought LeadersDr. Sheng DingSenior Investigator, Gladstone InstitutesProfessor of Pharmaceutical Chemistry, UCSFAn interview with Dr. Sheng Ding, PhD, conducted by Kate Anderton, BSc

Wie unterscheiden sich verursachte pluripotent Stammzellen von den embryonalen Stammzellen? Welchen Verfahrenen haben gewesen verwendetes Erzeugnis pluripotent Stammzellen in der Vergangenheit verursacht?

Im Hinblick auf Zellfunktions- oder Zellpotential sind verursachte pluripotent Stammzellen zu den embryonalen Stammzellen identisch. Das ist wirklich das Ziel der Herstellung von verursachten pluripotent Stammzellen.

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Die molekularen und Funktionseigenschaften von verursachten pluripotent Stammzellen sind zu den embryonalen Stammzellen identisch, aber verursachte pluripotent Stammzellen werden von den Körperzellen berechnet.

Diese Körperzellen können von den erwachsenen Geweben wie der Haut, Blut oder jedem anderen leicht zugänglichen Gewebe getrennt werden, aber embryonale Stammzellen können von einem Embryo in einem spezifischen Stadium in der Entwicklung nur berechnet werden; die so genannte blastocyst Stufe.

Der Gebrauch von embryonalen Zellen ist umstritten, da der Embryo gewöhnlich zerstört wird, um die Stammzellen zu trennen. Deshalb sind verursachte pluripotent Stammzelle die einzige Quelle von Stammzellen für viele Forscher geworden. Sie haben die gleichen molekularen und Funktionseigenschaften aber unterscheiden sich von den embryonalen Stammzellen durch ihre Quelle.

Welche Herausforderungen stellen Wissenschaftler gegenüber, wenn es um das Arbeiten mit Stammzellen geht? Warum ist es wichtig, dass neue Methoden entwickelt werden?

Verursachte pluripotent Stammzellen wurden zuerst erzeugt, indem man vier Übertragungsfaktoren in der Körperzelle overexpressing. Diese Übertragungsfaktoren werden exogen in die Körperzelle entbunden, in der sie die Zelle reprogram, um eine pluripotent Stammzelle zu werden.

Die war die ursprüngliche Methode, die von Yamanaka und von seinem Team entwickelt wurde, die einen Nobelpreis vor einigen Jahren gewannen. Es ist eine sehr starke Technik, die aktuell verwendet wird, um verursachte pluripotent Stammzellen für eine große Auswahl von Anwendungen zu erzeugen.

Jedoch bietet möglicherweise Haben einer anderen Methode für das Erzeugen von verursachten pluripotent Stammzellen neue Vorteile an. In deshalb seit der ursprünglichen Entdeckung von verursachten pluripotent Stammzellen einem Jahrzehnt vor, haben Forscher auf dem Stammzellegebiet versucht, an dem Entwickeln von neuen Methoden zu kennzeichnen und zu arbeiten, um das gleiche Zellbaumuster zu erzeugen.

Ich denke, dass dies für jede neue Technologie gilt, hat irgendeine gegebene Technologie bestimmte Beschränkungen und Leute wünschen zweifellos immer neue Methoden verbessern oder kennzeichnen, um das gleiche Produkt oder das gleiche Material zu machen. In diesem Fall versuchen Leute, das gleiche Baumuster von den Zellen zu machen.

Haben einer anderen Methode adressiert möglicherweise bestimmte Beschränkungen, die mit vorhergehenden Methoden verbunden sind und bietet möglicherweise bestimmte Vorteile im Hinblick auf die therapeutischen oder sogar nicht-therapeutischen Anwendungen an.

Umreißen Sie bitte Ihre neue Forschung, die Stammzellen mit einbezieht.

Unsere späteste Entdeckung bezog mit ein, die Anlage CRISPR-Cas9 neu zu entwerfen und die Anwendung sie, um zu erstellen verursachte pluripotent Stammzellen.

Wie Sie möglicherweise wissen, wurde CRISPR ursprünglich konstruiert, um ein spezifisches Gen oder eine DNA-Sequenz zu bearbeiten.

Für dieses hat die CRISPR-Anlage zwei Hauptteile. Eins ist eine Führung RNS, die verwendet wird, um eine spezifische Reihenfolge im Genom zu lokalisieren, und das andere ist ein Enzym, das verwendet wird, um die Zielregion von DNS zu schneiden.

In unseren Experimenten behielten wir die Cas9- oder CRISPR-Genomlokolisierungsfunktion bei, aber inaktivierten die DNS-Ausschnittfunktion. Oben auf das fixierten wir einen transcriptional Aktivierungsfaktor mit dem Protein Cas9, damit wir Übertragung an einem spezifischen genomischen Einbauort aktivieren konnten.

Dies hieß, dass, anstatt, die vier reprogramming Faktoren in die Körperzelle vorzustellen verwendeten, wir die CRISPR-Aktivierungsanlage, um Übertragung an einem spezifischen Ort zu aktivieren, um reprogramming in einen Stammzellephänotypus zu verursachen.

Warum mit CRISPR in der Stammzelleforschung ist solch eine Förderung?

Unsere Studie erzeugte einige neue Ergebnisse oder Fortschritte. Erstens verwendeten wir CRISPR, um transcriptional Aktivierung an einem spezifischen genomischen Einbauort zu verursachen. Dieses ist zu dem Entbinden der reprogramming Faktoren in die Zelle grundlegend unterschiedlich.

Ob dieses neue Verfahren sogar arbeiten würde und was die zugrunde liegende Vorrichtung dieses neuen Verfahrens vorher unbekannt war. So legten wir zuerst dar, um einzuschätzen, ob dieses sogar möglich war und was die Vorrichtung hinter diesem grundlegend unterschiedlichen Prozess sein würde.

Die ist eine Sortierung des Findens, ein grosser Fortschritt in unserer Studie. Wir prüften, dass es möglich war, CRISPR reprogram zu verwenden Körperzellen und fingen an, das Verfahren hinter diesem Prozess zu definieren.

Zweitens bietet dieses Verfahren möglicherweise ein anderes Sicherheitsprofil für das Produzieren von verursachten pluripotent Stammzellen an, das die vorhergehenden Interessen anspricht, die mit der Karzinogenizität von reprogramming Faktoren exogen vorstellen verbunden sind.

Zuletzt kann diese Methode leicht oder betriebsbereit sich anzupassen zu genetischem reprogramming in vivo, wo Sie ein einzelnes Genliefersystem verwenden können, um Aktivierung von mehrfachen Genen zu erzielen.

Die Gene, die reprogram eine Zelle unter Verwendung der traditionellen Methode verwendet werden, können ziemlich groß sein und bedeuten, dass der Gebrauch von einem einzelnen Vektor unmöglich ist. Ein einzelner Vektor kann alle vier Gene nicht umgeben oder kann alle vier Gene nicht in einer Zelle ausdrücken.

Anstatt, Gene einzuführen, verwendet die CRISPR-Anlage eine viel kürzere Region von Führung RNS, um Übertragung von Zielgenen zu lokalisieren und zu aktivieren. Sie können fünf leicht beilegen, zehn oder mehr Gene in einem einzelnen Vektor. Der ist ein bedeutender technischer Unterschied mit dieser Anlage.

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Was sind die Beschränkungen der Anwendung von CRISPR, um verursachte pluripotent Stammzellen zu produzieren?

Eine Beschränkung des Erzeugens von verursachten pluripotent Stammzellen unter Verwendung der ursprünglichen Methode war das Sicherheitsprofil der Zellen.

Der traditionelle Anflug von körperlichem reprogramming, wo die vier Gene exogen in eine unterschiedene Zelle entbunden werden, erzeugt möglicherweise tumorigene Zellen. Er liegt wahrscheinlich an der Ausdauer der fremden Gene in der verursachten pluripotent Stammzelle.

Auch reprogramming unter Verwendung der ursprünglichen Methode ist möglicherweise unvollständig und lässt irgendeiner Körperzelle epigenetischen Speicher. Die ist wirklich eine reprogramming Leistungsfähigkeits-Ausgabe.

Die Vorrichtung, die wir in unserer spätesten Studie verwendeten, war sehr unterschiedlich. Wir sind noch bei der Charakterisierung der Sicherheit und der Leistungsfähigkeit von den Zellen, die unter Verwendung dieser geänderten Version der CRISPR-Anlage erzeugt werden. Angesichts der Tatsache, dass unsere Methode nicht jene fremden reprogramming Gene einführt, aktivieren wir die Gene eher als, die Zelle mit einer zusätzlichen Kopie oder mehrfachen Exemplaren von fremden Genen versehend.

Dies heißt, dass wir die gleichen Sicherheitsinteressen wie nicht vor haben, da wir Zellen nicht mit fremden onkogenischen reprogramming Faktoren versehen. Stattdessen aktivieren wir Übertragung von Genen, die bereits in der Zelle anwesend sind.

Wir bleiben, die Eigenschaften von den verursachten pluripotent Stammzellen vollständig zu kennzeichnen, die auf diese Art produziert werden. Jeder Anflug hat seine eigenen Vor- und Nachteile, aber, ein anderes Verfahren zu haben ist im Hinblick auf das Ausgleichen von vorhergehenden Beschränkungen ziemlich nützlich.

In der Zukunft denken Sie verursachte pluripotent Stammzellen werden verwendet routinemäßig in der Forschung und in der Behandlung?

Verursachte pluripotent Stammzellen (iPSCs) werden bereits routinemäßig in den verschiedenen Forschungsanwendungen verwendet. Aktuell werden iPSC-berechnete Zellbaumuster in einer Reichweite der klinischen Studien geprüft, also lassen neue Methoden oder vorangebracht auf dem Gebiet eine sogar größere Anzahl von Anwendungen, in der Forschung und in der Therapeutik zu.

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Welche Anwendungen gibt es für verursachte pluripotent Stammzellen in der Forschung und in der Behandlung? Welche Optionen stellt es zu den Patienten zur Verfügung?

Die bedeutenden Anwendungen von verursachten pluripotent Stammzellen (iPSCs) sind zweifach. Ein verwendet verursachte pluripotent Stammzellen, um Modellsysteme von menschlichen Krankheiten zu entwickeln, die verwendet werden können, um menschliche Krankheiten besser zu verstehen und neue Behandlungen zu entwickeln.

Verursachte pluripotent Stammzellen können nicht verwendet werden, da es, menschliche Krankheit zu behandeln ist. Sie müssen in die spezifischen für Therapie verwendet zu werden Zellbaumuster unterschieden werden.

So ein anderer Vorteil verwendet iPSCs, die in Gewebe-spezifische Zellbaumuster unterschieden worden sind, um Krankheiten zu behandeln, oder Verletzungen, in denen jenes Gewebe-spezifische Zelle unser eintippt, eigene Karosserien verloren worden sind. Zum Beispiel prüfen Leute bereits pluripotent Stamm Zelle-berechnete Zellen auf die Behandlung von Krankheiten des Auges, Pankreas.

Ein Beispiel, in dem iPSCs möglicherweise in der Zukunft verwendet werden, ist ein Versuch, der aktuell embryonale berechnete Stammzellen der Stammzelle verwendet, um Betazellen für die Behandlung des Baumusters I Diabetes zu entwickeln. Wieder weil iPSCs zu den embryonalen Stammzellen im Hinblick auf die molekularen und Funktionseigenschaften identisch sind, ist es denkbar, dass iPSC-berechnete pankreatische Betazelle stattdessen verwendet werden könnte.

Einige Firmen bereiten jede embryonalen Stammzellen oder iPSC-berechneten Dopaminneuronen für Parkinson-Krankheits- und Herzmuskelzellen für Herzversagen vor.

Was denken Sie die zukünftigen Griffe für Stammzelleforschung?

Ich denke, dass wir noch in einem hübschen Anfangsstadium in der Stammzelleforschung sind. Grosse Fortschritte bedeuten in den letzten zehn Jahren, dass wir unsere eigenen pluripotent Stammzellen jetzt ziemlich betriebsbereit entwickeln können, und unterscheiden jene Zellen in eine Vielzahl des Gewebes und der Organ-spezifischen Zellbaumuster.

Wir können unsere Technikanflüge sogar verwenden, um spezifische Gewebe und Organe zu konstruieren und uns erlauben, von menschlichen Krankheiten unter Verwendung der Stammzellebaumuster viel besser verstehen zu entwickeln. Auch wie ich vorher erwähnte, sehen wir jetzt, dass einige jener berechneten spezifischen Baumuster der Stammzelle Zellklinische Studien eintragen.

In den folgenden 10 bis 20 Jahren sehen wir zweifellos eine Explosion von verschiedenen Anwendungen von Stammzellen in der Forschung und in der Therapie. Ich bin hoffnungsvoll, dass verbessernde Medizin unter Verwendung der unterschiedenen Zellbaumuster, die von verursachten pluripotent Stammzellen berechnet werden, verwendet wird, um viele verschiedenen Krankheiten und Verletzungen zu behandeln.

Wo können Leser mehr Informationen finden?

Über Dr. Sheng Ding

Dr. Ding ist ein älterer Forscher am Gladstone-Institut der Herz-Kreislauf-Erkrankung und des Professors in der Abteilung der pharmazeutischen Chemie an University of California San Francisco (UCSF).

Dr. Ding hat mit der Entwicklung vorangegangen und Anwendung der innovativen Chemikalie nähert sich, um Zellbiologie und Regeneration aufzuhalten. Seine Arbeit hat sich auf die Entdeckung und die Charakterisierung von neuen kleinen Molekülen konzentriert, die verschiedene Zellschicksale steuern können und, einschließlich Stammzellepflege, Aktivierung, Unterscheidung und reprogramming in den verschiedenen Entwicklungsstufen und in den Geweben arbeiten.

Dr. Ding ist ein Bauteil einiger Berufsgruppen, einschließlich die amerikanische Chemikalien-Gesellschaft, die amerikanische Gesellschaft für Zellbiologie und die internationale Gesellschaft für Stammzelle-Forschung. Er hat eine Vielzahl von Ehren, einschließlich eine der Spitzenfünf Leute von 2009 vom Wissenschaftler benannt werden empfangen.