Usando CRISPR para produzir células estaminais induzidas de Pluripotent

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

Como as células estaminais pluripotent induzidas diferem das células estaminais embrionárias? Que metodologias sido o produto usado induziu células estaminais pluripotent no passado?

Em termos do potencial da função da pilha ou da pilha, as células estaminais pluripotent induzidas são idênticas às células estaminais embrionárias. Aquele é realmente o objetivo de fazer células estaminais pluripotent induzidas.

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As propriedades moleculars e funcionais de células estaminais pluripotent induzidas são idênticas às células estaminais embrionárias, mas as células estaminais pluripotent induzidas são derivadas das pilhas somáticas.

Estas pilhas somáticas podem ser isoladas dos tecidos adultos tais como a pele, o sangue ou todo o outro tecido facilmente acessível, mas as células estaminais embrionárias podem somente ser derivadas de um embrião em uma fase específica durante o processo de desenvolvimento; a fase assim chamada do blastocyst.

O uso das células embrionárias é controverso, porque o embrião é destruído tipicamente a fim isolar as células estaminais. É por isso a célula estaminal pluripotent induzida transformou-se a única fonte de células estaminais para muitos pesquisadores. Têm as mesmas propriedades moleculars e funcionais mas diferem das células estaminais embrionárias por sua fonte.

Que desafios os cientistas enfrentam quando se trata do trabalho com células estaminais? Por que é importante que os métodos novos estão desenvolvidos?

As células estaminais pluripotent induzidas foram geradas primeiramente overexpressing quatro factores da transcrição na pilha somática. Estes factores da transcrição são entregados exògena na pilha somática, onde reprogram a pilha para assentar bem em uma célula estaminal pluripotent.

Aquele era o método original desenvolvido por Yamanaka e por sua equipe, que ganharam um prémio nobel há alguns anos atrás. É uma técnica muito poderosa que seja usada actualmente para gerar células estaminais pluripotent induzidas para uma vasta gama de aplicações.

Contudo, ter um método diferente para gerar células estaminais pluripotent induzidas pode oferecer vantagens novas. É por isso, desde a descoberta original de células estaminais pluripotent induzidas sobre uma década há, os pesquisadores no campo da célula estaminal têm tentado identificar e trabalhar em desenvolver métodos novos para gerar o mesmo tipo da pilha.

Eu penso que este é verdadeiro para toda a nova tecnologia, qualquer tecnologia dada terá determinadas limitações e os povos quererão certamente sempre melhorar ou identificar métodos novos para fazer o mesmo produto ou o mesmo material. Neste caso, os povos estão tentando fazer o mesmo tipo das pilhas.

Ter um método diferente pode endereçar determinadas limitações associadas com os métodos precedentes e pode oferecer determinadas vantagens em termos das aplicações terapêuticas ou mesmo não-terapêuticas.

Esboce por favor sua pesquisa recente que envolve células estaminais.

Nossa descoberta mais atrasada envolveu remodelar o sistema CRISPR-Cas9 e usá-lo para criar induziu células estaminais pluripotent.

Como você pode saber, CRISPR foi projectado originalmente editar um gene específico ou a seqüência do ADN.

Para isto, o sistema de CRISPR tem dois componentes principais. Um é um RNA do guia, que seja usado para encontrar uma seqüência específica no genoma, e a outro é uma enzima usada para cortar a região do alvo de ADN.

Em nossas experiências, nós mantivemos a função da localização do genoma de Cas9, ou de CRISPR, mas neutralizamos a função da estaca do ADN. Sobre isso, nós fundimos um factor transcricional da activação com a proteína Cas9 de modo que nós pudéssemos activar a transcrição em um lugar genomic específico.

Isto significou que em vez de introduzir os quatro factores reprogramming na pilha somática, nós usávamos o sistema da activação de CRISPR para activar a transcrição em um locus específico a fim induzir reprogramming em um fenótipo da célula estaminal.

Por que é usando CRISPR na pesquisa da célula estaminal tal avanço?

Nosso estudo gerou um número resultados ou de avanços novos. Em primeiro lugar, nós usamos CRISPR para induzir a activação transcricional em um lugar genomic específico. Isto é fundamental diferente de entregar os factores reprogramming na pilha.

Se esta metodologia nova trabalharia mesmo e o que o mecanismo subjacente desta metodologia nova era previamente desconhecido. Assim, nós expor primeiramente para avaliar se este era mesmo possível e o que o mecanismo seria atrás deste processo fundamental diferente.

Aquele é um meio que encontra, um avanço principal em nosso estudo. Nós mostramos que era possível usar CRISPR para reprogram pilhas somáticas e começamos a definir a metodologia atrás deste processo.

Em segundo lugar, esta metodologia pode oferecer um perfil de segurança diferente para produzir células estaminais pluripotent induzidas, que endereça os interesses precedentes associados com a carcinogenicidade de introduzir factores reprogramming exògena.

Última, este método pode para adaptar-se mais facilmente ou prontamente para reprogramming in vivo genético, onde você pode usar um único sistema de entrega do gene para conseguir a activação de genes múltiplos.

Os genes usados para reprogram uma pilha que usa o método tradicional podem ser bastante grandes, significando que o uso de um único vector é impossível. Um único vector não pode abranger todos os quatro genes nem não pode expressar todos os quatro genes em uma pilha.

Em vez de introduzir genes, o sistema de CRISPR usa uma região muito mais curto de RNA do guia para encontrar e activar a transcrição de genes do alvo. Você pode facilmente acomodar cinco, dez ou mais genes em um único vector. Aquela é uma diferença técnica principal com este sistema.

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Que são as limitações de usar CRISPR para produzir células estaminais pluripotent induzidas?

Uma limitação de gerar as células estaminais pluripotent induzidas que usam o método original era o perfil de segurança das pilhas.

A aproximação tradicional de reprogramming somático, onde os quatro genes são entregados exògena em uma pilha diferenciada pode gerar pilhas tumorigenic. É provavelmente devido à persistência dos genes estrangeiros na célula estaminal pluripotent induzida.

Também, reprogramming usando o método original pode estar incompleto, deixando a alguma pilha somática a memória epigenética. Aquela é realmente uma edição reprogramming da eficiência.

O mecanismo que nós nos usamos em nosso estudo mais atrasado era muito diferente. Nós somos ainda em processo de caracterizar a segurança e a eficiência das pilhas geradas usando esta versão alterada do sistema de CRISPR. Dado o facto de que nosso método não introduz aqueles genes reprogramming estrangeiros, nós activamos os genes um pouco do que fornecendo a pilha uma cópia extra ou umas cópias múltiplas de genes estrangeiros.

Isto significa que nós não temos os mesmos interesses da segurança que antes, porque nós não fornecemos pilhas os factores reprogramming oncogenic estrangeiros. Em lugar de, nós activamos a transcrição dos genes que estão já actuais na pilha.

Nós permanecemos caracterizar completamente as propriedades das células estaminais pluripotent induzidas produzidas desta maneira. Cada aproximação terá seus próprios profissionais - e - contra, mas ter uma metodologia diferente será bastante útil em termos de superar limitações precedentes.

No futuro, você pensa células estaminais pluripotent induzidas será usado rotineiramente na pesquisa e no tratamento?

As células estaminais pluripotent induzidas (iPSCs) já são usadas rotineiramente em aplicações diferentes da pesquisa. Actualmente, os tipos iPSC-derivados da pilha estão sendo testados em uma escala de estudos clínicos, assim que os métodos novos ou avançado no campo permitirão um número mesmo maior de aplicações, na pesquisa e na terapêutica.

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Que aplicações há para células estaminais pluripotent induzidas na pesquisa e no tratamento? Que opções fornecerá aos pacientes?

As aplicações principais de células estaminais pluripotent induzidas (iPSCs) são duplas. Um está usando células estaminais pluripotent induzidas para desenvolver os sistemas modelo de doenças humanas, que podem ser usadas para compreender melhor doenças humanas e para desenvolver tratamentos novos.

As células estaminais pluripotent induzidas não podem ser usadas porque é tratar a doença humana. Devem ser diferenciados nos tipos específicos da pilha a ser usados para a terapia.

Uma tão outra vantagem está usando os iPSCs que foram diferenciados em tipos tecido-específicos da pilha para tratar doenças ou os ferimentos onde aquele a pilha tecido-específica dactilografa dentro o nosso próprios corpos foram perdidos. Por exemplo, os povos já estão testando haste pluripotent pilhas pilha-derivadas tratando doenças do olho, pâncreas.

Um exemplo onde os iPSCs possam ser usados no futuro é uma experimentação que esteja usando actualmente células estaminais derivadas da célula estaminal embrionária para desenvolver beta pilhas para o tratamento do tipo mim diabetes. Além disso, porque os iPSCs são idênticos às células estaminais embrionárias em termos das propriedades moleculars e funcionais, é concebível que a beta pilha pancreático iPSC-derivada poderia ser usada pelo contrário.

Diversas empresas estão preparando uma ou outra células estaminais embrionárias ou neurônios iPSC-derivados da dopamina para a doença de Parkinson e pilhas de músculo cardíaco para a parada cardíaca.

Que você pensa as posses futuras para a pesquisa da célula estaminal?

Eu penso que nós estamos ainda em uma fase inicial bonita na pesquisa da célula estaminal. Os avanços principais significam ao longo da última década que nós podemos agora desenvolver nossas próprias células estaminais pluripotent bastante prontamente, e diferenciam aquelas pilhas em uma variedade de tecido e tipos órgão-específicos da pilha.

Nós podemos mesmo usar nossas aproximações da engenharia para construir tecidos e órgãos específicos, permitindo que nós desenvolvam muito melhor uma compreensão de doenças humanas usando modelos da célula estaminal. Também, como eu mencionei previamente, nós estamos vendo agora que alguns daqueles tipos específicos derivados célula estaminal da pilha incorporam estudos clínicos.

Nos próximos 10 a 20 anos, nós veremos certamente uma explosão de aplicações diferentes das células estaminais na pesquisa e na terapia. Eu sou esperançoso que a medicina regenerativa que usa os tipos diferenciados da pilha derivados das células estaminais pluripotent induzidas estará usada para tratar muitos doenças e ferimentos diferentes.

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Sobre o Dr. Sheng Ding

O Dr. Ding é um investigador superior no instituto de Gladstone da doença cardiovascular e do professor no departamento da química farmacêutica na Universidade da California San Francisco (UCSF).

O Dr. Ding abriu caminho a revelação e a aplicação do produto químico inovativo aproxima-se à biologia e à regeneração de célula estaminal. Seu trabalho focalizou em descobrir e em caracterizar as moléculas pequenas novas que podem controlar vários destinos e as funções da pilha, incluindo a manutenção da célula estaminal, a activação, diferenciação e reprogramming em vários fases e tecidos desenvolventes.

O Dr. Ding é um membro de diversos grupos profissionais, incluindo a sociedade de produto químico americano, a sociedade americana para a biologia celular e a sociedade internacional para a pesquisa da célula estaminal. Recebeu uma variedade de honras, incluindo a nomeação um dos cinco povos superiores de 2009 pelo cientista.