Facendo uso di CRISPR per produrre le cellule staminali incitate di Pluripotent

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

Come le cellule staminali pluripotent incitate differiscono dalle cellule staminali embrionali? Che metodologie stato i prodotti usati hanno incitato le cellule staminali pluripotent nel passato?

In termini di potenziale di funzione delle cellule o delle cellule, le cellule staminali pluripotent incitate sono identiche alle cellule staminali embrionali. Quello è realmente lo scopo di fabbricazione delle cellule staminali pluripotent incitate.

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I beni molecolari e funzionali delle cellule staminali pluripotent incitate sono identici alle cellule staminali embrionali, ma le cellule staminali pluripotent incitate sono derivate dai somatociti.

Questi somatociti possono essere isolati dai tessuti adulti quali l'interfaccia, il sangue o qualunque altro tessuto facilmente accessibile, ma le cellule staminali embrionali possono essere derivate soltanto da un embrione in una fase specifica in via di sviluppo; la cosiddetta fase del blastocyst.

L'uso delle celle embrionali è discutibile, poichè l'embrione si distrugge tipicamente per isolare le cellule staminali. Ecco perché la cellula staminale pluripotent incitata si è trasformata nella sola sorgente delle cellule staminali per molti ricercatori. Hanno gli stessi beni molecolari e funzionali ma differiscono dalle cellule staminali embrionali dalla loro sorgente.

Che sfide gli scienziati affrontano quando si tratta del lavoro con le cellule staminali? Perché è importante che i nuovi metodi sono messi a punto?

Le cellule staminali pluripotent incitate in primo luogo sono state generate overexpressing quattro fattori di trascrizione nel somatocita. Questi fattori di trascrizione esogenicamente sono consegnati nel somatocita, in cui riprogrammano la cella per stare bene ad una cellula staminale pluripotent.

Quello era il metodo originale messo a punto da Yamanaka e dal suo gruppo, che hanno estratto un premio Nobel alcuni anni fa. È una tecnica molto potente che corrente è usata per generare le cellule staminali pluripotent incitate per una vasta gamma di applicazioni.

Tuttavia, avere un metodo differente per la generazione delle cellule staminali pluripotent incitate può offrire i nuovi vantaggi. Ecco perché, dalla scoperta originale delle cellule staminali pluripotent incitate durante una decade fa, i ricercatori nel giacimento della cellula staminale stanno provando ad identificare e lavorare a mettere a punto i nuovi metodi per generare lo stesso tipo delle cellule.

Penso che questo sia vero per tutta la nuova tecnologia, qualunque tecnologia data presenterà determinate limitazioni e la gente vorrà certamente sempre migliorare o identificare i nuovi metodi per fare lo stesso prodotto o lo stesso materiale. In questo caso, la gente sta tentando di fare lo stesso tipo delle celle.

Avere un metodo differente può indirizzare determinate limitazioni connesse con i metodi precedenti e può offrire determinati vantaggi in termini di applicazioni terapeutiche o persino non terapeutiche.

Descriva prego la vostra ricerca recente che fa partecipare le cellule staminali.

La nostra ultima scoperta ha compreso riprogettare il sistema CRISPR-Cas9 ed usando per creare ha incitato le cellule staminali pluripotent.

Come potete sapere, CRISPR originalmente è stato destinato per modificare un gene specifico o la sequenza del DNA.

Per questo, il sistema di CRISPR ha due componenti importanti. Uno è un RNA della guida, che è usato per individuare una sequenza specifica nel genoma e l'altro è un enzima usato per tagliare la regione dell'obiettivo di DNA.

Nei nostri esperimenti, abbiamo mantenuto la funzione della localizzazione del genoma di CRISPR o, di Cas9, ma abbiamo inattivato la funzione di taglio del DNA. Sopra quello, abbiamo fuso un fattore trascrizionale di attivazione con la proteina Cas9 in modo che potessimo attivare la trascrizione ad una posizione genomica specifica.

Ciò ha significato che invece di introdurre i quattro fattori riprogrammanti nel somatocita, stavamo usando il sistema di attivazione di CRISPR per attivare la trascrizione ad un luogo specifico per indurre riprogrammare in un fenotipo della cellula staminale.

Perché è utilizzando CRISPR nella ricerca della cellula staminale un tal avanzamento?

Il nostro studio ha generato una serie di nuovi risultati o avanzamenti. In primo luogo, abbiamo usato CRISPR per indurre l'attivazione trascrizionale ad una posizione genomica specifica. Ciò è fondamentalmente differente dalla consegna dei fattori riprogrammanti nella cella.

Se questa nuova metodologia anche funzionerebbe e che cosa il meccanismo di fondo di questa nuova metodologia era precedentemente sconosciuto. Così, in primo luogo abbiamo precisato per valutare se questo era anche possibile e che cosa il meccanismo sarebbe stato dietro questo trattamento fondamentalmente differente.

Quello è un ordinamento di individuazione, un avanzamento principale nel nostro studio. Abbiamo provato che era possibile usare CRISPR per riprogrammare i somatociti ed abbiamo cominciato a definire la metodologia dietro questo trattamento.

Secondariamente, questa metodologia può offrire un profilo di sicurezza differente per la produzione delle cellule staminali pluripotent incitate, che indirizza le preoccupazioni precedenti connesse con la carcinogenicità di introdurre i fattori riprogrammanti esogenicamente.

Infine, questo metodo può adattarsi più facilmente o prontamente per riprogrammare genetico in vivo, dove potete utilizzare un singolo delivery system del gene per raggiungere l'attivazione dei geni multipli.

I geni usati per riprogrammare una cella facendo uso del metodo tradizionale possono essere abbastanza grandi, significando che l'uso di singolo vettore è impossibile. Un singolo vettore non può comprendere tutti e quattro i geni o non può esprimere tutti e quattro i geni in una cella.

Invece di presentazione dei geni, il sistema di CRISPR usa una regione molto più breve di RNA della guida per individuare ed attivare la trascrizione dei geni dell'obiettivo. Potete accomodare facilmente cinque, dieci o più geni in un singolo vettore. Quella è una differenza tecnica importante con questo sistema.

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Che cosa sono le limitazioni di usando CRISPR per produrre le cellule staminali pluripotent incitate?

Una limitazione della generazione delle cellule staminali pluripotent incitate facendo uso del metodo originale era il profilo di sicurezza delle celle.

L'approccio tradizionale di riprogrammare somatico, dove i quattro geni esogenicamente sono consegnati in una cella differenziata può generare le celle cancerogene. È probabilmente dovuto la persistenza dei geni estranei nella cellula staminale pluripotent incitata.

Inoltre, riprogrammare facendo uso del metodo originale può essere incompleto, lasciando ad un certo somatocita la memoria epigenetica. Quella è realmente un'emissione riprogrammante di risparmio di temi.

Il meccanismo che abbiamo utilizzato nel nostro ultimo studio era molto differente. Siamo ancora nel corso della caratterizzazione la sicurezza e del risparmio di temi delle celle generate facendo uso di questa versione modificata del sistema di CRISPR. Dato il fatto che il nostro metodo non presenta quei geni riprogrammanti non Xeros, attiviamo i geni piuttosto che fornendo alla cella una copia extra o le copie multiple dei geni estranei.

Ciò significa che non abbiamo le stesse preoccupazioni della sicurezza di prima, poichè non forniamo alle celle i fattori riprogrammanti oncogeni non Xeros. Invece, attiviamo la trascrizione dei geni che sono già presenti nella cella.

Rimaniamo completamente caratterizzare i beni delle cellule staminali pluripotent incitate prodotte in questo modo. Ogni approccio avrà sui propri pro - e - contro, ma avere una metodologia differente sarà abbastanza utile in termini di superamento delle limitazioni precedenti.

In futuro, pensate le cellule staminali pluripotent incitate ordinariamente sarete utilizzati nella ricerca e nel trattamento?

Le cellule staminali pluripotent incitate (iPSCs) già sono utilizzate ordinariamente nelle applicazioni differenti della ricerca. Corrente, i tipi iPSC-derivati delle cellule stanno provandi in un intervallo degli studi clinici, in modo dai nuovi metodi o avanzato nel campo terranno conto un numero ancora maggior delle applicazioni, sia in ricerca che terapeutica.

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Le che applicazioni sono ci per le cellule staminali pluripotent incitate nella ricerca e nel trattamento? Che opzioni fornirà ai pazienti?

Le applicazioni principali delle cellule staminali pluripotent incitate (iPSCs) sono duplici. Uno sta usando le cellule staminali pluripotent incitate per mettere a punto i sistemi-modello delle malattie umane, che possono essere usate per capire meglio le malattie umane e per sviluppare i nuovi trattamenti.

Le cellule staminali pluripotent incitate non possono essere usate poichè è di trattare la malattia umana. Devono essere differenziate nei tipi specifici delle cellule da usare per la terapia.

Un così altro vantaggio sta usando i iPSCs che sono stati differenziati nei tipi tessuto-specifici delle cellule per trattare le malattie o le lesioni dove quel cella tessuto-specifica digita dentro il nostro i propri organismi sono state perse. Per esempio, la gente già sta verificando le celle cella-derivate gambo pluripotent a trattare le malattie dell'occhio, pancreas.

Un esempio dove i iPSCs possono essere usati in futuro è una prova che corrente sta usando le cellule staminali derivate della cellula staminale embrionale per sviluppare le beta celle per il trattamento di tipo il diabete di I. Di nuovo, perché i iPSCs sono identici alle cellule staminali embrionali in termini di beni molecolari e funzionali, è concepibile che la beta cella pancreatica iPSC-derivata potrebbe essere usata invece.

Parecchie società stanno preparando qualsiasi cellule staminali embrionali o neuroni iPSC-derivati della dopamina per le celle di muscolo cardiaco e della malattia del Parkinson per infarto.

Che cosa pensate le tenute future per la ricerca della cellula staminale?

Penso che siamo ancora ad una fase iniziale graziosa nella ricerca della cellula staminale. Gli avanzamenti importanti negli ultimi dieci anni significano che possiamo ora sviluppare abbastanza prontamente le nostre proprie cellule staminali pluripotent e differenziano quelle celle in vari tessuto e tipi organo-specifici delle cellule.

Possiamo anche usare i nostri approcci di assistenza tecnica per costruire i tessuti specifici e gli organi, permettendo che noi sviluppiamo molto meglio una comprensione delle malattie umane facendo uso dei modelli della cellula staminale. Inoltre, ho citato precedentemente, ora stiamo vedendo che alcuni di quei tipi specifici derivati cellula staminale delle cellule entrano negli studi clinici.

Durante i 10 - 20 anni futuri, certamente vederemo un'esplosione delle applicazioni differenti delle cellule staminali nella ricerca e nella terapia. Sono promettente che la medicina a ricupero facendo uso dei tipi differenziati delle cellule derivati dalle cellule staminali pluripotent incitate sarà usata per trattare molte malattie e ferite differenti.

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Circa Dott. Sheng Ding

Il Dott. Ding è un ricercatore senior all'istituto di Gladstone della malattia cardiovascolare e di professore nel dipartimento di chimica farmaceutica all'università di California San Francisco (UCSF).

Il Dott. Ding ha aperto la strada allo sviluppo ed all'applicazione degli approcci chimici innovatori a biologia ed a rigenerazione di cellula staminale. Il suo lavoro ha messo a fuoco sulla scoperta e sulla caratterizzazione delle molecole piccole novelle che possono gestire i vari destini delle cellule e funzionano, compreso manutenzione della cellula staminale, l'attivazione, la differenziazione e riprogrammare in vari fasi e tessuti inerenti allo sviluppo.

Il Dott. Ding è un membro di parecchi gruppi professionali, compreso la società di prodotto chimico americano, la società americana per biologia cellulare e la società internazionale per la ricerca della cellula staminale. Ha ricevuto vari onori, compreso la nomina uno delle cinque genti principale di 2009 dallo scienziato.

Kate Anderton

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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.