Embrionális őssejt - Embryonic stem cell

Emberi embrionális őssejtek a sejttenyészetben
Pluripotens: Az embrionális őssejtek bármilyen típusú sejtré fejlődhetnek, kivéve a méhlepényét. Csak az embrionális őssejtek a morula vannak totipotensek : képesek fejleszteni bármilyen típusú sejt, beleértve a méhlepényen.

Az embrionális őssejtek ( ES-sejtek vagy ESC-k ) pluripotens őssejtek, amelyek egy blasztociszta , egy korai stádiumú, beültetés előtti embrió belső sejttömegéből származnak . Az emberi embriók 4-5 nappal a megtermékenyítés után érik el a blasztocisztás stádiumot , ekkor 50–150 sejtből állnak. Az embrioblaszt vagy a belső sejttömeg (ICM) elkülönítése a blasztociszta pusztulását eredményezi, ami etikai kérdéseket vet fel , beleértve azt is, hogy az embriók a beültetés előtti szakaszban ugyanazokkal az erkölcsi megfontolásokkal rendelkeznek-e, mint a beültetés utáni szakasz embriói vagy sem. fejlődés.

A kutatók jelenleg nagy hangsúlyt fektetnek az embrionális őssejtek terápiás potenciáljára, a klinikai felhasználás sok laboratórium célja. A lehetséges felhasználások közé tartozik a cukorbetegség és a szívbetegségek kezelése . A sejteket klinikai terápiákként, genetikai rendellenességek modelljeiként és sejt/DNS javításként vizsgálják . Mindazonáltal beszámoltak a kutatásban és a klinikai folyamatokban tapasztalt káros hatásokról, például daganatokról és nem kívánt immunválaszokról is.

Tulajdonságok

Az embrionális őssejtek átirata

A korai emlősembriók blastocisztás stádiumából származó embrionális őssejteket (ESC-ket) megkülönbözteti az a képességük, hogy bármilyen embrionális sejttípusra differenciálódhatnak, és hogy képesek megújulni. Ezek a tulajdonságok teszik őket értékesvé a tudományos és orvosi területen. Az ESC-k normális kariotípusúak , magas telomeráz aktivitást mutatnak, és figyelemre méltó hosszú távú proliferációs potenciállal rendelkeznek.

Pluripotens

Az embrionális őssejteket a belső sejttömeg a pluripotens , azaz képesek különbséget generálni primitív ektoderma, amely végül megkülönbözteti során gasztruláció valamennyi származékok a három elsődleges csíralemez : ektoderma , endoderma , és mezoderma . Ezek a csírarétegek a felnőtt emberi test több mint 220 sejttípusának mindegyikét generálják . A megfelelő jelekkel ellátva az ESC -k kezdetben prekurzor sejteket képeznek , amelyek később a kívánt sejttípusokká differenciálódnak. A pluripotencia megkülönbözteti az embrionális őssejteket a felnőtt őssejtektől , amelyek multipotenciálisak és csak korlátozott számú sejttípust képesek előállítani.

A szerkezet önjavítása és javítása

Meghatározott körülmények között az embrionális őssejtek korlátlanul képesek önmegújításra differenciálatlan állapotban. Az önmegújító feltételeknek meg kell akadályozniuk a sejtek csomósodását, és olyan környezetet kell fenntartaniuk, amely támogatja a nem specializált állapotot. Ezt jellemzően a laboratóriumban végzik szérum- és leukémiás gátló faktort tartalmazó táptalajjal, vagy szérummentes közeg-kiegészítőkkel, két gátló gyógyszerrel ("2i"), a MEK inhibitor PD03259010 és a GSK-3 inhibitor CHIR99021.

Növekedés

Gszt osztja nagyon gyakran miatt rövidített G1 fázis a saját sejtciklus . A gyors sejtosztódás lehetővé teszi a sejtek számának gyors növekedését, de nem méretüket, ami fontos az embrió korai fejlődéséhez. Az ESC -kben a ciklin A és ciklin E fehérjék, amelyek részt vesznek a G1/S átmenetben , mindig magas szinten expresszálódnak. A ciklinfüggő kinázok , mint például a CDK2, amelyek elősegítik a sejtciklus progresszióját, túl aktívak, részben gátlóik csökkentése miatt. Az E2F transzkripciós faktort gátló retinoblasztóma fehérjék mindaddig, amíg a sejt készen áll az S fázisba való belépésre, hiperfoszforileződnek és inaktiválódnak az ESC -kben, ami a proliferációs gének folyamatos expressziójához vezet. Ezek a változások gyorsított sejtosztódási ciklusokat eredményeznek. Bár a pro-proliferatív fehérjék magas expressziós szintje és a rövidített G1 fázis összefüggésben áll a pluripotencia fenntartásával, a szérummentes 2i körülmények között termelt ESC-k hipo-foszforilált aktív retinoblasztóma fehérjéket expresszálnak, és megnyúlt G1 fázisuk van. Annak ellenére, hogy ez a különbség a sejtciklusban összehasonlítva a szérumot tartalmazó táptalajban termelt ESC -kkel, ezek a sejtek hasonló pluripotens tulajdonságokkal rendelkeznek. A pluripotencia faktorok Oct4 és Nanog szerepet játszanak az ESC sejtciklus transzkripciós szabályozásában.

Felhasználások

Plaszticitásuk és potenciálisan korlátlan önmegújító képességük miatt embrionális őssejt-terápiákat javasoltak a regeneratív gyógyászatra és a sérülés vagy betegség utáni szövetpótlásra. A pluripotens őssejtek ígéretesnek bizonyultak számos különböző állapot kezelésében, beleértve, de nem kizárólagosan: a gerincvelő sérüléseit , az életkorral összefüggő makuladegenerációt , cukorbetegséget , neurodegeneratív rendellenességeket (például Parkinson -kór ), AIDS -t stb. A regeneratív gyógyászatban az embrionális őssejtek a szövetek/szervek lehetséges alternatív forrását jelentik, amely a donorhiány dilemmájának lehetséges megoldásaként szolgál. Ennek ellenére vannak etikai viták (lásd az alábbi Etikai vita részt). Ezen felhasználásokon kívül az ESC -k felhasználhatók a korai emberi fejlődés, bizonyos genetikai betegségek és in vitro toxikológiai vizsgálatok kutatására is .

Hasznosítások

A PNAS 2002 -es cikke szerint: "Az emberi embrionális őssejtek képesek különböző sejttípusokra differenciálódni, és így hasznosak lehetnek transzplantációs vagy szövettechnikai sejtek forrásaként."

Szövetépítés

A szövettechnikában az őssejtek használatát fedezték fel nemrég, és köztudott, hogy fontosak. A szövet sikeres megtervezéséhez a felhasznált sejteknek képesnek kell lenniük specifikus biológiai funkciók ellátására, mint például a citokinek, a jelzőmolekulák szekréciója, a szomszédos sejtekkel való kölcsönhatás és az extracelluláris mátrix előállítása a megfelelő szervezetben. Az őssejtek demonstrálják ezeket a specifikus biológiai funkciókat, valamint képesek megújulni és differenciálódni egy vagy több típusú speciális sejtre. Az embrionális őssejtek egyike a jelenlegi forrásoknak, amelyeket fontolóra vesznek a szövettechnológia alkalmazásában. Az emberi embrionális őssejtek felhasználása számos új lehetőséget nyitott meg a szövettervezés számára, azonban számos akadályt kell megtenni, mielőtt az emberi embrionális őssejteket még hasznosítani is lehetne. Elmélet szerint, ha az embrionális őssejtek megváltoztathatók, hogy ne idézzék elő az immunválaszt, amikor beültetik a betegbe, akkor ez forradalmi lépés lenne a szövettervezésben.

Az embrionális testek a kialakulás után 24 órával.

Az embrionális őssejtek azonban nem korlátozódnak a sejt/szövet mérnökségre.

Sejtpótló terápiák

A jelenlegi kutatás arra összpontosít, hogy az ESC -ket különböző sejttípusokra differenciálják, és esetlegesen sejtpótló terápiákként (CRT) használják őket. A sejttípusok közül néhány, amelyekben jelenleg vagy fejlesztés alatt áll, a kardiomiociták (CM), a neuronok , a hepatociták , a csontvelősejtek , a szigetsejtek és az endothelsejtek . Az ilyen sejttípusok ESC -ből való származtatása azonban nem akadálytalan, ezért a jelenlegi kutatás ezen akadályok leküzdésére összpontosít. Például folyamatban vannak tanulmányok az ESC -k szövetspecifikus CM -ként való megkülönböztetésére és éretlen tulajdonságaik felszámolására, amelyek megkülönböztetik őket a felnőtt CM -ektől.

Klinikai potenciál

  • A kutatók dopamin-termelő sejtekké differenciálták az ESC-ket abban a reményben, hogy ezeket az idegsejteket felhasználhatják a Parkinson-kór kezelésében.
  • Az ESC -ket természetes gyilkos (NK) sejtekre és csontszövetre differenciálják .
  • Az ESC -ket érintő vizsgálatok folyamatban vannak a cukorbetegség alternatív kezelésének biztosítása érdekében. Például D'Amour és mtsai. képesek voltak megkülönböztetni az ESC -ket inzulintermelő sejtekké, a Harvard Egyetem kutatói pedig nagy mennyiségű hasnyálmirigy -béta -sejtet tudtak előállítani az ES -ből.
  • Az European Heart Journal folyóiratban megjelent cikk leírja az emberi embrionális őssejtekből származó szív progenitor sejtek transzlációs folyamatát, amelyet súlyos szívelégtelenségben szenvedő betegek klinikai vizsgálatai során használnak fel.

Kábítószer -felfedezés

Azon túl, hogy a szervátültetések fontos alternatívájává válnak, az ESC -ket a toxikológia területén és a sejtszűrőkben is használják új kémiai egységek (NCE -k) feltárására, amelyeket kis molekulájú gyógyszerekként lehet kifejleszteni. Tanulmányok kimutatták, hogy az ESC -ből származó kardiomiociták in vitro modellek, amelyek a gyógyszerreakciók tesztelésére és a toxicitási profilok előrejelzésére szolgálnak. Az ES -ből származó kardiomiocitákról kimutatták, hogy reagálnak a farmakológiai ingerekre, és ezért felhasználhatók a kardiotoxicitás értékeléséhez, mint például a Torsades de Pointes .

Az ESC-ből származó hepatociták szintén hasznos modellek, amelyek felhasználhatók a gyógyszerkutatás preklinikai szakaszában. Az ESC -kből származó hepatociták fejlődése azonban kihívásnak bizonyult, és ez akadályozza a gyógyszerek metabolizmusának tesztelését. Ezért a jelenlegi kutatások a teljesen működőképes, stabil I. és II. Fázisú enzimaktivitású ESC-eredetű hepatociták létrehozására összpontosítanak.

A genetikai rendellenességek modelljei

Számos új tanulmány kezdett foglalkozni a genetikai rendellenességek embrionális őssejtekkel történő modellezésének koncepciójával. Vagy a sejtek genetikai manipulálásával, vagy újabban a prenatális genetikai diagnózis (PGD) által azonosított beteg sejtvonalak levezetésével a genetikai rendellenességek modellezése az őssejtekkel megvalósult. Ez a megközelítés nagyon értékesnek bizonyulhat olyan rendellenességek tanulmányozásakor, mint a Fragile-X szindróma , a cisztás fibrózis és más genetikai betegségek, amelyek nem rendelkeznek megbízható modellrendszerrel.

Yury Verlinsky orosz-amerikai orvostudományi kutató, aki az embrió- és sejtgenetikára (genetikai citológia ) szakosodott, másfél hónappal korábban, mint a standard amniocentézis , kifejlesztett prenatális diagnosztikai vizsgálati módszereket a genetikai és kromoszóma-rendellenességek meghatározására . A technikákat ma már sok terhes nő és leendő szülő alkalmazza, különösen azok a párok, akiknek genetikai rendellenességei vannak, vagy ahol a nő 35 évnél idősebb (amikor a genetikailag összefüggő rendellenességek kockázata magasabb). Ezenkívül azáltal, hogy lehetővé teszik a szülőknek, hogy genetikai rendellenességek nélküli embriót válasszanak ki, megmenthetik azoknak a testvéreknek az életét, akiknek már hasonló rendellenességeik és betegségeik voltak, a betegségmentes utódok sejtjeit felhasználva.

A DNS -károsodás javítása

A differenciált szomatikus sejtek és az ES sejtek különböző stratégiákat alkalmaznak a DNS -károsodás kezelésére. Például az emberi fityma fibroblasztok, a szomatikus sejtek egyik típusa, a homológ végösszekötést (NHEJ) , a hibára hajlamos DNS-javítási folyamatot használják elsődleges útként a kettős szálú törések (DSB-k) javítására a sejtciklus minden szakaszában. A hibára hajlamos jellege miatt az NHEJ hajlamos mutációkat produkálni a sejt klonális leszármazottaiban.

Az ES sejtek más stratégiát alkalmaznak a DSB -k kezelésére. Mivel az ES -sejtek a szervezet összes sejttípusát eredményezik, beleértve a csíravonal sejtjeit is, az ES -sejtekben a hibás DNS -javítás miatt fellépő mutációk komolyabb problémát jelentenek, mint a differenciált szomatikus sejtekben. Következésképpen az ES sejtekben szilárd mechanizmusokra van szükség a DNS-károsodások pontos helyreállításához, és ha a javítás sikertelen, akkor a javítatlan DNS-károsodással rendelkező sejtek eltávolítására. Így az egér ES sejtek túlnyomórészt nagy pontosságú homológ rekombinációs javítást (HRR) használnak a DSB -k javítására. Ez a fajta javítás az S fázis alatt kialakult és a sejtciklus G2 fázisában együtt jelen lévő két testvér kromoszóma kölcsönhatásától függ. A HRR pontosan meg tudja javítani a DSB -ket az egyik testvér -kromoszómában a másik testvér -kromoszóma ép információinak felhasználásával. A sejtciklus G1 fázisában (azaz a metafázis/sejtosztódás után, de a következő replikációs fordulót megelőzően) lévő sejtek mindegyik kromoszómából csak egy példányt tartalmaznak (azaz nincsenek testvér kromoszómák). Az egér ES sejtjeiben hiányzik a G1 ellenőrzőpont, és nem esnek le sejtciklus leállása után, amikor DNS -károsodást észlelnek. Inkább programozott sejthalálon (apoptózis) mennek keresztül, válaszul a DNS károsodására. Az apoptózis hibamentes stratégiaként használható a javítatlan DNS-károsodással rendelkező sejtek eltávolítására, annak érdekében, hogy elkerüljük a mutációt és a rákos folyamatot. Ezzel a stratégiával összhangban az egér ES őssejtek mutációs gyakorisága körülbelül 100-szor alacsonyabb, mint az izogén egér szomatikus sejteké.

Klinikai vizsgálat

2009. január 23-án az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság (FDA) jóváhagyta az I. fázisú klinikai vizsgálatokat az emberi ES sejtekből származó oligodendrociták (az agy és a gerincvelő egy sejttípusa) transzplantációjára a gerincvelő sérült egyénekbe. ez a világ első emberi ES sejt humán kísérlete. Az ehhez a tudományos fejlődéshez vezető tanulmányt Hans Keirstead és munkatársai végezték a Kaliforniai Egyetemen, Irvine -ban, és támogatta a Geron Corporation of Menlo Park, CA , Michael D. West , PhD. Egy korábbi kísérlet javulást mutatott a mozgásszervi helyreállításban a gerincvelő-sérült patkányokban, miután egy 7 napos késleltetett transzplantációt hajtottak végre az oligodendrocitákba sorolt ​​humán ES sejtekben. Az I. fázisú klinikai vizsgálatot körülbelül nyolc -tíz paraplegikus beteg bevonására tervezték, akiknek sérülései legfeljebb két héttel a vizsgálat kezdete előtt történtek, mivel a sejteket be kell fecskendezni, mielőtt a hegszövet kialakulhat. A kutatók hangsúlyozták, hogy az injekcióktól nem várható, hogy teljesen meggyógyítják a betegeket és helyreállítják a mobilitást. A rágcsáló kísérletek eredményei alapján a kutatók azt feltételezték, hogy a mielinhéjak helyreállítása és a mobilitás növekedése előfordulhat. Ezt az első próbát elsősorban ezen eljárások biztonságosságának tesztelésére tervezték, és ha minden jól megy, akkor azt remélték, hogy a jövőben súlyosabb fogyatékossággal élő személyeket érintő vizsgálatokhoz vezet. A tárgyalást 2009 augusztusában felfüggesztették az FDA aggodalmai miatt, mivel néhány kezelt patkánymodellben kis számú mikroszkopikus cisztát találtak, de a tartást 2010. július 30 -án feloldották.

2010 októberében a kutatók beiratkoztak és beadtak EST -t az első betegnek az atlantai Shepherd Centerben . Az őssejt -terápia készítői, a Geron Corporation becslése szerint több hónapba telhet, amíg az őssejtek replikálódnak, és a GRNOPC1 terápia sikerét vagy kudarcát értékelik.

Geron 2011 novemberében bejelentette, hogy pénzügyi okokból leállítja a kísérletet és leáll az őssejt -kutatásokról, de továbbra is figyelemmel kíséri a meglévő betegeket, és megpróbál olyan partnert találni, aki folytathatja a kutatást. 2013-ban a BioTime , Dr. Michael D. West vezérigazgató vezetésével , megszerezte Geron összes őssejt-eszközét, azzal a szándékkal, hogy újrakezdi Geron embrionális őssejt-alapú klinikai vizsgálatát a gerincvelő-sérülések kutatására .

A BioTime cég, az Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST) 14,3 millió dolláros stratégiai partnerségi díjat kapott a Kaliforniai Regeneratív Orvostudományi Intézet (CIRM) a világ első embrionális őssejt-alapú humán klinikai vizsgálatának újraindítására, a gerincvelő sérülése miatt. A kaliforniai közpénzek által támogatott CIRM a világ legnagyobb őssejt-kutatási és fejlesztési finanszírozója.

A díj finanszírozza az Asterias-t, hogy újraindítsa az AST-OPC1 klinikai fejlesztését a gerincvelő sérültjeiben, és kiterjessze a növekvő dózisok klinikai tesztelését a célpopulációban, a jövőbeni kulcsfontosságú vizsgálatokhoz.

Az AST-OPC1 humán embrionális őssejtekből (hESC) származó sejtpopuláció, amely oligodendrocita progenitor sejteket (OPC) tartalmaz. Az OPC -k és érett származékaik, az úgynevezett oligodendrociták kritikus funkcionális támogatást nyújtanak a gerincvelő és az agy idegsejtjei számára. Asterias nemrég ismertette az AST-OPC1 kis dózisú, 1. fázisú klinikai vizsgálatainak eredményeit neurológiailag teljes mellkasi gerincvelő-sérülésben szenvedő betegeknél. Az eredmények azt mutatták, hogy az AST-OPC1-et sikeresen szállították a sérült gerincvelő helyére. Az AST-OPC1 beadása után 2-3 évvel követett betegek nem mutattak bizonyítékot a sejtekkel kapcsolatos súlyos mellékhatásokra a részletes nyomon követési értékelésekben, beleértve a gyakori neurológiai vizsgálatokat és MRI-t. Az alanyok immunvizsgálata a transzplantációt követő egy éven keresztül nem mutatott bizonyítékot az AST-OPC1 elleni antitest-alapú vagy sejtes immunválaszra. Az öt alany közül négyben a 2–3 éves követési időszak alatt végzett soros MRI-vizsgálatok azt jelzik, hogy csökkent gerincvelő-kavitáció fordulhat elő, és hogy az AST-OPC1 pozitív hatással lehetett a gerincvelő-szövet romlásának csökkentésére. Nem volt váratlan idegrendszeri degeneráció vagy javulás a kísérlet öt alanyában, a Nemzetközi Gerincvelő Sérülési Neurológiai Osztályozási Standardok (ISNCSCI) vizsga szerint.

A CIRM Stratégiai Partnerség III támogatása finanszírozást biztosít az Asterias számára, hogy támogassa az AST-OPC1 következő klinikai vizsgálatát gerincvelő-sérülésben szenvedő betegeknél, valamint az Asterias termékfejlesztési erőfeszítéseit, hogy finomítsa és méretezze a gyártási módszereket, hogy támogassa a későbbi kísérleteket és végül kereskedelmi forgalomba hozatal. A CIRM finanszírozásának feltétele az FDA jóváhagyása a kísérlethez, az Asterias és a CIRM közötti végleges megállapodás megkötése, valamint az Asterias folyamatos előrehaladása bizonyos előre meghatározott projekt mérföldkövek elérése felé.

Aggodalom és vita

Káros hatások

Az ESC esetleges transzplantációjával kapcsolatos fő aggodalom a terápiában az, hogy képesek daganatokat kialakítani, beleértve a teratomát is. A biztonsági kérdések arra késztették az FDA -t, hogy tartsa le az első ESC klinikai vizsgálatot, azonban nem figyeltek meg daganatokat.

Az ESC biztonságának fokozására irányuló fő stratégia az esetleges klinikai felhasználásra az, hogy az ESC -t olyan specifikus sejttípusokba (pl. Neuronok, izom, májsejtek) differenciálják, amelyek csökkentik vagy megszüntetik a daganatok okozó képességét. A differenciálódást követően a sejteket áramlási citometriával szétválogatjuk a további tisztítás érdekében. Az előrejelzések szerint az ESC természeténél fogva biztonságosabb, mint a genetikailag integráló vírusvektorokkal létrehozott IPS-sejtek, mivel nincsenek genetikailag módosítva olyan génekkel, mint a rákhoz köthető c-Myc. Mindazonáltal az ESC nagyon magas iPS-indukáló gének szintjét fejezi ki, és ezek a gének, beleértve a Myc-t is, elengedhetetlenek az ESC önmegújulásához és pluripotenciájához, és a potenciális stratégiák a biztonság javítására a c-Myc expresszió megszüntetésével nem valószínű, hogy megőrzik a sejtek „törzsét”. Azonban az N-myc és az L-myc azonos hatékonyságú iP-sejteket indukál a c-myc helyett. A pluripotencia kiváltására szolgáló újabb protokollok ezeket a problémákat teljesen kiiktatják, nem integráló RNS vírusvektorok, például sendai vírus vagy mRNS transzfekció használatával.

Etikai vita

Az embrionális őssejtkutatás jellegéből adódóan sok ellentmondásos vélemény van a témában. Mivel az embrionális őssejtek összegyűjtése szükségessé teszi az embrió megsemmisítését, amelyből ezeket a sejteket nyerik, az embrió erkölcsi állapota megkérdőjelezhető. Vannak, akik azt állítják, hogy az 5 napos sejtmassza túl fiatal ahhoz, hogy elérje a személyiséget, vagy hogy az embrió, ha egy IVF-klinikáról adományozzák (ahol a laboratóriumok általában embriókat szereznek), egyébként úgyis orvosi hulladékba kerülne. Az ESC kutatásának ellenzői azt állítják, hogy az embrió emberi élet, ezért megsemmisítése gyilkosság, és az embriót ugyanazon etikai nézet szerint kell védeni, mint egy fejlettebb embert.

Történelem

  • 1964: Lewis Kleinsmith és G. Barry Pierce Jr. egyetlen sejttípust izoláltak egy teratokarcinómából , amely egy csírasejtből ismert daganat . Ezeket a sejteket izolálták a replikált teratokarcinómából, és őssejtként tenyésztették a sejttenyészetben, és ma már embrionális karcinóma (EC) sejtek néven ismertek. Bár a morfológia és a differenciálódási potenciál ( pluripotencia ) hasonlóságai az EC -sejtek in vitro modellként való használatához vezettek az egér korai fejlődésében, az EC -sejtek genetikai mutációkat és gyakran kóros kariotípusokat hordoznak, amelyek a teratokarcinóma kialakulása során felhalmozódtak . Ezek a genetikai rendellenességek tovább hangsúlyozták annak szükségességét, hogy a pluripotens sejteket közvetlenül a belső sejttömegből lehessen tenyészteni .
Martin Evans új technikát mutatott be az egér embriók méhben történő tenyésztésére, hogy lehetővé tegye ezekből az embriókból az ES sejtek levezetését.
  • 1981: Az embrionális őssejteket (ES -sejteket) először egymástól függetlenül, egér embriókból származtatta két csoport. Martin Evans és Matthew Kaufman , a Cambridge -i Egyetem Genetikai Tanszékéről júliusban publikálták, és új technikát mutatnak be az egér embriók méhben történő tenyésztésére, amely lehetővé teszi a sejtek számának növekedését, lehetővé téve ezekből az embriókból az ES -sejtek levezetését . Gail R. Martin , a San Francisco -i Kaliforniai Egyetem Anatómiai Tanszékéről, decemberben publikálta tanulmányát, és megalkotta az „Embrionális őssejt” kifejezést. Megmutatta, hogy az embriókat in vitro tenyészteni lehet , és ezekből az embriókból ES sejteket lehet származtatni.
  • 1989: Mario R. Cappechi, Martin J. Evans és Oliver Smithies közzéteszik kutatásaikat, amelyek részletezik izolációjukat és az embrionális őssejtek genetikai módosításait, megalkotva az első „ kiütött egereket ”. A kiütéses egerek létrehozása során ez a kiadvány a tudósoknak teljesen új módszert adott a betegségek tanulmányozására.
  • 1998: A Wisconsini Egyetem, Madison csapata (James A. Thomson, Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall és Jeffrey M. Jones) „Emberi blasztocisztákból származó embrionális őssejtvonalak” című papír. A tanulmány mögött álló kutatók nemcsak az első embrionális őssejteket hozták létre, hanem felismerték pluripotenciájukat, valamint önmegújító képességüket. A dolgozat kivonata megjegyzi a felfedezés jelentőségét a fejlődésbiológia és a gyógyszerkutatás területén.
  • 2001: George W. Bush elnök engedélyezi a szövetségi finanszírozást, hogy támogassa az embrionális őssejtek nagyjából 60 - jelenleg meglévő - vonalának kutatását. Tekintettel arra, hogy Bush megengedte a kutatások korlátozott vonalait, ez a törvény támogatta az embrionális őssejtek kutatását anélkül, hogy felvetett volna etikai kérdéseket , amelyek a szövetségi költségvetésből származó új sorok létrehozásával felmerülhetnek.
  • 2006: Shinya Yamanaka és Kazutoshi Takashi japán tudósok publikációt publikálnak, amely leírja a felnőtt egér fibroblasztok tenyészetéből származó pluripotens őssejtek indukcióját . Az indukált pluripotens őssejtek (iPSC -k) óriási felfedezés, mivel látszólag azonosak az embrionális őssejtekkel, és felhasználhatók anélkül, hogy ugyanazt az erkölcsi vitát váltanák ki.
  • 2009. január: Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) jóváhagyja a Geron Corporation első fázisú vizsgálatát, amelyben humán embrionális őssejtből származó kezelést végeztek a gerincvelő sérülései miatt . A bejelentést izgalommal fogadta a tudományos közösség, de az őssejt -ellenzők óvatossággal is. A kezelősejtek azonban George W. Bush ESC politikája szerint jóváhagyott sejtvonalakból származtak .
  • 2009. március: Az 13505 számú végrehajtási rendeletet Barack Obama elnök írja alá , megszüntetve a korábbi elnöki adminisztráció által az emberi őssejtek szövetségi finanszírozására vonatkozó korlátozásokat. Ez lehetővé tenné, hogy a Nemzeti Egészségügyi Intézetek (NIH) finanszírozást biztosítsanak a hESC kutatásokhoz. A dokumentum azt is kimondja, hogy az NIH -nak a rendelet aláírásától számított 120 napon belül át kell adnia a szövetségi finanszírozási irányelveket.

A levezetés és a tenyésztés technikái és feltételei

Származás emberből

Az in vitro megtermékenyítés több embriót hoz létre. Az embriók feleslegét klinikailag nem használják, vagy alkalmatlanok a betegbe történő beültetésre, ezért a donor beleegyezésével adományozhatja. Emberi embrionális őssejtek származhatnak ezekből az adományozott embriókból, vagy kivonhatók klónozott embriókból is, egy beteg sejtje és egy adományozott tojás segítségével. Az embrió blasztociszta stádiumából származó belső sejttömeget (az érdeklődésre számot tartó sejteket) elválasztjuk a trofektodermától, vagyis azoktól a sejtektől, amelyek embrionális extra szövetekké differenciálódnak. Az immunsebészetet, az eljárást, amelyben az antitesteket a trofektodermához kötik és más oldattal eltávolítják, valamint a mechanikai boncolást végzik az elválasztás elérése érdekében. A kapott belső sejtmassza sejteket támasztó sejtekre szélesztjük. A belső sejttömeg -sejtek kapcsolódnak és tovább tágulnak, hogy emberi embrionális sejtvonalat képezzenek, amelyek differenciálatlanok. Ezeket a sejteket naponta táplálják, és enzimatikusan vagy mechanikusan elválasztják őket négy -hét naponként. A differenciálódás érdekében az emberi embrionális őssejtvonalat eltávolítják a támogató sejtekből, és embrionális testeket képeznek, együtt tenyésztik a szükséges jeleket tartalmazó szérummal, vagy háromdimenziós állványba oltják.

Származás más állatokból

Az embrionális őssejtek a korai embrió belső sejttömegéből származnak , amelyeket a donor anyaállatból gyűjtenek be. Martin Evans és Matthew Kaufman egy olyan technikáról számoltak be, amely késlelteti az embrió beültetését, lehetővé téve a belső sejttömeg növekedését. Ez a folyamat magában foglalja a donor anya petefészkeinek eltávolítását és progeszteron adagolását , a hormonkörnyezet megváltoztatását, ami miatt az embriók szabadon maradnak a méhben. Ennek a méhen belüli tenyésztésnek 4–6 napja után az embriókat összegyűjtjük és in vitro tenyésztésben addig tenyésztjük, amíg a belső sejtmassza „tojáshenger-szerű szerkezeteket” nem alakít ki, amelyeket egyetlen sejtekké disszociálnak, és mitomicin-c-vel kezelt fibroblasztokra helyezik. (a fibroblaszt mitózis megelőzésére ). A klonális sejtvonalakat egyetlen sejt felnövelésével hozzák létre. Evans és Kaufman kimutatták, hogy az ezekből a kultúrákból kinőtt sejtek teratómákat és embrió testeket képezhetnek , és in vitro differenciálódhatnak , amelyek mindegyike azt jelzi, hogy a sejtek pluripotensek .

Gail Martin másképp származtatta és tenyésztette ES sejtjeit. Körülbelül 76 órával a párosítás után eltávolította az embriókat a donor anyától, és egy éjszakán át tenyésztette őket szérumot tartalmazó tápközegben. Másnap mikrosebészet segítségével eltávolította a belső sejtmasszát a késői blasztocisztából . Az extrahált belső sejtmasszát mitomicin-c-vel kezelt fibroblasztokon tenyésztettük szérumot tartalmazó tápközegben, és ES sejtek kondicionálták. Körülbelül egy hét elteltével a sejtek kolóniái kinőttek. Ezek a sejtek tenyészetben növekedtek, és pluripotens tulajdonságokat mutattak , amint azt a teratómák képzésére , az in vitro differenciálódásra és az embrionális testek képzésére vonatkozó képesség is mutatja . Martin ezeket a sejteket ES sejteknek nevezte.

Ma már ismert, hogy a feeder sejteket nyújt a leukémia gátló faktor (LIF) és a szérum biztosítja a csont morfogén fehérjék (BMP-k), amelyek szükségesek, hogy megakadályozzák ES sejtek differenciáló. Ezek a tényezők rendkívül fontosak az ES sejtek levezetésének hatékonysága szempontjából. Továbbá bebizonyosodott, hogy a különböző egértörzsek különböző hatékonysággal rendelkeznek az ES sejtek izolálására. Az egér ES sejtek jelenlegi felhasználása magában foglalja a transzgenikus egerek, köztük a kiütött egerek generálását . Az emberi kezeléshez szükség van betegspecifikus pluripotens sejtekre. Az emberi ES sejtek generálása nehezebb, és etikai kérdésekkel szembesül. Tehát az emberi ES sejtek kutatása mellett sok csoport az indukált pluripotens őssejtek (iPS sejtek) előállítására összpontosít .

Lehetséges módszerek az új sejtvonal levezetésére

2006. augusztus 23 -án a Nature tudományos folyóirat online kiadása közzétette Dr. Robert Lanza ( a Worcesterben dolgozó Advanced Cell Technology orvosi igazgatója , MA) orvosának levelét, amelyben kijelenti, hogy csapata megtalálta a módját az embrionális őssejtek kinyerésének a tényleges megsemmisítése nélkül. embrió. Ez a technikai vívmány potenciálisan lehetővé tenné a tudósok számára, hogy az embrió őssejtek új soraival dolgozzanak közpénzből az Egyesült Államokban, ahol a szövetségi finanszírozás abban az időben a 2001 augusztusa előtt leírt embrionális őssejtvonalakat használó kutatásokra korlátozódott. 2009. március feloldották a korlátozást.

Az emberi embrionális őssejteket szomatikus sejtmag transzferrel (SCNT) is származtatták . Ezt a megközelítést néha "terápiás klónozásnak" is nevezik, mert az SCNT hasonlít más klónozási formákhoz, mivel a sejtmagok egy szomatikus sejtből egy enukleált zigótába kerülnek. Azonban ebben az esetben az SCNT -t embrionális őssejtvonalak előállítására használták laboratóriumban, nem pedig élő szervezetekre terhesség révén. A név "terápiás" része azért szerepel, mert reméljük, hogy az SCNT által termelt embrionális őssejtek klinikailag hasznosak lehetnek.

Indukált pluripotens őssejtek

Az iPSC technológia úttörője Shinya Yamanaka laboratóriuma Japánban , Kiotóban , ahol 2006 -ban kimutatták, hogy négy specifikus, transzkripciós faktorokat kódoló gén bevezetésével a felnőtt sejtek pluripotens őssejtekké alakíthatók. Sir John Gurdonnal együtt megkapta a 2012 -es Nobel -díjat "azért a felfedezéséért, hogy az érett sejtek átprogramozhatók pluripotenssé".

2007-ben kimutatták, hogy a pluripotens őssejtek nagyon hasonló az embrionális őssejtek lehet által generált szállítási három gén ( Oct4 , Sox2 , és Klf4 ) a differenciált sejtek. Ezeknek a géneknek a bejuttatása "átprogramozza" a differenciált sejteket pluripotens őssejtekké, lehetővé téve pluripotens őssejtek generálását embrió nélkül. Mivel az embrionális őssejtekkel kapcsolatos etikai aggályok jellemzően a megszűnt embriókból való származtatásukra vonatkoznak, úgy vélik, hogy ezekre az "indukált pluripotens őssejtekre" (iPS -sejtek) való átprogramozás kevésbé vitatható. Ezzel a módszerrel mind az emberi, mind az egér sejtek átprogramozhatók, és mind humán pluripotens őssejteket, mind egér pluripotens őssejteket hoznak létre embrió nélkül.

Ez lehetővé teheti a betegspecifikus ES sejtvonalak létrehozását, amelyek potenciálisan használhatók sejtpótló terápiákhoz. Ezenkívül ez lehetővé teszi az ES sejtvonalak előállítását különböző genetikai betegségekben szenvedő betegekből, és felbecsülhetetlen értékű modelleket biztosít ezeknek a betegségeknek a tanulmányozására.

Azonban, mint az első jele annak, hogy az indukált pluripotens őssejtek (iPS) cella technológia gyors egymásutánban vezet új gyógymód, azt használja egy kutatócsoport élén Rudolf Jaenisch a Whitehead Institute for Biomedical Research in Cambridge , Massachusetts , hogy gyógyítsa meg az egereket a sarlósejtes vérszegénységből , amint azt a Science folyóirat 2007. december 6 -i online kiadása jelentette .

2008. január 16-án egy kaliforniai székhelyű cég, a Stemagen bejelentette, hogy felnőttekből vett egyetlen bőrsejtekből hozták létre az első érett klónozott emberi embriókat. Ezek az embriók betakaríthatók a páciensek megfelelő embrionális őssejtekhez.

A sejttenyészetben használt reagensekkel való szennyeződés

A Nature Medicine online kiadása 2005. január 24-én publikált egy tanulmányt, amely kimondta, hogy a szövetségi finanszírozású kutatásokhoz rendelkezésre álló emberi embrionális őssejtek a sejtek termesztésére használt tápközegből származó, nem humán molekulákkal vannak szennyezve. Gyakori módszer, hogy egérsejteket és más állati sejteket használnak az aktívan osztódó őssejtek pluripotenciájának fenntartására. A problémát akkor fedezték fel, amikor a San Diego-i Kaliforniai Egyetem tudósai szerint a növekedési közegben lévő nem humán sziálsav veszélyeztette az embrió őssejtek lehetséges felhasználását .

A Lancet Medical Journal online kiadásában 2005. március 8-án közzétett tanulmány azonban részletes információkat tartalmaz egy új őssejtvonalról, amelyet emberi embriókból származtattak teljesen sejt- és szérummentes körülmények között. Több mint 6 hónapos differenciálatlan szaporodás után ezek a sejtek bizonyították, hogy mindhárom embrionális csíraréteg származékai képződhetnek in vitro és teratomákban . Ezeket a tulajdonságokat is sikeresen megtartották (több mint 30 passzázsra) a kialakult őssejtvonalakkal.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek