Indusoitu pluripotentti kantasolu - Induced pluripotent stem cell

Ihmisen iPS -solupesäkkeet. Karan muotoiset solut taustalla ovat hiiren fibroblastisoluja. Vain ne solut, jotka käsittävät keskipesän, ovat ihmisen iPS -soluja.

Indusoidut pluripotentit kantasolut (tunnetaan myös nimellä iPS -solut tai iPSC -solut ) ovat eräänlainen pluripotentti kantasolu, joka voidaan tuottaa suoraan somaattisesta solusta . IPSC tekniikka oli uranuurtajana Shinya Yamanaka n lab Kioto , Japani , jotka osoittivat vuonna 2006, että neljän uuden spesifisten geenien (nimeltään Myc , Oct3 / 4 , Sox2 ja Klf4 ), joita yhdessä kutsutaan Yamanaka tekijät, jotka koodaavat transkriptiotekijöitä voisi muuntaa somaattiset solut pluripotentteiksi kantasoluiksi. Hänelle myönnettiin vuoden 2012 Nobel -palkinto yhdessä Sir John Gurdonin kanssa "havainnosta, jonka mukaan kypsät solut voidaan ohjelmoida uudelleen pluripotentiksi".

Pluripotentit kantasolut lupaavat regeneratiivisen lääketieteen alalla . Koska ne voivat lisääntyä loputtomasti ja synnyttää kaikkia muita solutyyppejä kehossa (kuten hermosolut, sydän-, haima- ja maksasolut), ne edustavat yhtä solulähdettä, jota voitaisiin käyttää korvaamaan vaurioituneet solut tai sairaus.

Tunnetuin pluripotenttisten kantasolujen tyyppi on alkion kantasolu . Kuitenkin, koska alkion kantasolujen syntymiseen liittyy pre-istutusvaiheen alkion tuhoaminen (tai ainakin manipulointi), niiden käytöstä on ollut paljon kiistaa. Potilaaseen sopivia alkion kantasolulinjoja voidaan nyt johtaa somaattisten solujen ydinsiirron (SCNT) avulla.

Koska iPSC: t voidaan johtaa suoraan aikuisten kudoksista, ne eivät vain ohita alkioiden tarvetta, vaan ne voidaan valmistaa potilaskohtaisesti, mikä tarkoittaa, että jokaisella yksilöllä voi olla oma pluripotentti kantasolulinja. Näitä rajoittamattomia autologisten solujen määriä voitaisiin käyttää elinsiirtojen tuottamiseen ilman immuunihyljinnän riskiä. Vaikka iPSC-tekniikka ei ole vielä edennyt vaiheeseen, jossa terapeuttisia elinsiirtoja on pidetty turvallisina, iPSC-laitteita käytetään helposti yksilöllisten lääkkeiden löytämisessä ja taudin potilaskohtaisen perustan ymmärtämisessä.

Yamanaka nimesi iPSC: t pienillä kirjaimilla "i" iPodin ja muiden tuotteiden suosion vuoksi .

Nobel -seminaarissaan Yamanaka viittasi Harold Weintraubin aiempaan keskeiseen työhön MyoD: n roolista solujen kohtalon uudelleen ohjelmoinnissa lihaslinjaan tärkeänä edeltäjänä IPSC: ien löytämiselle.

Tuotanto

Katso myös: Ohjelmointi uudelleen
Kaavio indusoitujen pluripotenttisten kantasolujen (IPS) syntymisestä. (1) Eristetään ja viljellään luovuttajasoluja. (2) Siirrä kantasoluihin liittyvät geenit soluihin virusvektoreilla. Punasolut osoittavat eksogeenisiä geenejä ilmentäviä soluja. (3) Kerää ja viljele soluja ES -soluviljelmän mukaisesti käyttäen mitoottisesti inaktivoituja syöttösoluja (vaaleanharmaa). (4) Pieni osa transfektoiduista soluista tulee iPS-soluiksi ja muodostaa ES: n kaltaisia ​​pesäkkeitä.

iPSC: t johdetaan tyypillisesti tuomalla tiettyyn pluripotenssiin liittyvien geenien sarjoja tai "uudelleenohjelmointitekijöitä" tiettyyn solutyyppiin. Alkuperäisten ohjelmoida uudelleen tekijät (myös puhuttu Yamanaka tekijöitä) ovat transkriptiotekijöitä Oct4 (Pou5f1), Sox2 , Klf4 ja c-myc . Vaikka tämä yhdistelmä on tavanomaisin iPSC: iden tuottamisessa, jokainen tekijä voidaan toiminnallisesti korvata toisiinsa liittyvillä transkriptiotekijöillä, miRNA: lla , pienillä molekyyleillä tai jopa ei-sukuisilla geeneillä, kuten linjaspesifikaattoreilla.

iPSC -johtaminen on tyypillisesti hidas ja tehoton prosessi, joka kestää 1–2 viikkoa hiiren soluilla ja 3–4 viikkoa ihmissoluilla, ja tehokkuus on noin 0,01–0,1%. Tehokkuutta ja iPSC -laitteiden hankkimiseen kuluvaa aikaa on kuitenkin parannettu huomattavasti. Uudelleenohjelmointitekijöiden käyttöönoton jälkeen solut alkavat muodostaa pesäkkeitä, jotka muistuttavat pluripotentteja kantasoluja, jotka voidaan eristää niiden morfologian, niiden kasvua valikoivien olosuhteiden tai pintamarkkereiden tai reportterigeenien ilmentymisen perusteella .

Ensimmäinen sukupolvi (hiiri)

Indusoituja pluripotentteja kantasoluja kehitti ensimmäisen kerran Shinya Yamanaka -ryhmä Kioton yliopistossa , Japanissa, vuonna 2006. He olettivat, että geenit, jotka ovat tärkeitä alkion kantasolujen (ESC) toiminnalle, saattaisivat saada aikaan alkion tilan aikuissoluissa. He valitsivat kaksikymmentäneljä geeniä, jotka oli aiemmin tunnistettu tärkeiksi ESC: issä, ja käyttivät retroviruksia toimittamaan nämä geenit hiiren fibroblasteille . Fibroblastit suunniteltiin siten, että ESC-spesifisen geenin, Fbx15 , uudelleenaktivoivat solut voitaisiin eristää käyttämällä antibioottivalintaa.

Kaikkien kaksikymmentäneljän tekijän toimittamisen jälkeen syntyi ESC: n kaltaisia ​​pesäkkeitä, jotka aktivoivat Fbx15-reportterin uudelleen ja voivat levitä loputtomiin. Uudelleenohjelmointiin tarvittavien geenien tunnistamiseksi tutkijat poistivat yhden tekijän kerrallaan kaksikymmentäneljästä. Tällä prosessilla he tunnistivat neljä tekijää, Oct4, Sox2, cMyc ja Klf4, jotka olivat kumpikin tarpeellisia ja yhdessä riittäviä tuottamaan ESC: n kaltaisia ​​pesäkkeitä Fbx15: n uudelleenaktivoimiseksi.

Toinen sukupolvi (hiiri)

Kesäkuussa 2007 kolme erillistä tutkimusryhmää, mukaan lukien Yamanakan, Harvardin / Kalifornian yliopiston, Los Angelesin yhteistyöryhmä ja MIT: n ryhmä , julkaisivat tutkimuksia, jotka paransivat merkittävästi uudelleenohjelmointimenetelmää, jolloin syntyi iPSC: itä, jotka eivät olleet erottamiskykyisiä ESC: stä . Toisin kuin ensimmäisen sukupolven iPSC: t, nämä toisen sukupolven iPSC: t tuottivat elinkelpoisia kimeerisiä hiiriä ja vaikuttivat hiiren iturajaan saavuttaen siten "kultaisen standardin" pluripotentteille kantasoluille.

Nämä toisen sukupolven iPSC: t johdettiin hiiren fibroblasteista retrovirusvälitteisellä ekspressiolla samoja neljää transkriptiotekijää (Oct4, Sox2, cMyc, Klf4). Kuitenkin sen sijaan, että Fbx15: tä käytettäisiin pluripotenttien solujen valintaan, tutkijat käyttivät Nanogia , geeniä , joka on toiminnallisesti tärkeä ESC: ssä. Käyttämällä tätä erilaista strategiaa tutkijat loivat iPSC: t, jotka olivat toiminnallisesti identtisiä ESC: iden kanssa.

Ihmisen indusoimat pluripotentit kantasolut

Sukupolvi ihmisen fibroblasteista

Uudelleenohjelmointi ihmisen solujen iPSCs ilmoitettiin marraskuussa 2007 kahden riippumattoman tutkimusryhmää: Shinya Yamanaka Kioton yliopistossa Japanissa, joka edelläkävijä alkuperäisen iPSC menetelmällä, ja James Thomson ja University of Wisconsin-Madison , joka oli ensimmäinen johtamiseksi ihmisalkion kantasoluja solut. Samalla periaatteella, jota käytettiin hiiren uudelleenohjelmoinnissa, Yamanakan ryhmä muutti onnistuneesti ihmisen fibroblastit iPSC: ksi, joilla on samat neljä keskeistä geeniä, Oct4, Sox2, Klf4 ja cMyc, käyttäen retrovirusjärjestelmää , kun taas Thomson ja kollegat käyttivät erilaisia ​​tekijöitä, lokakuu 4 , Sox2, Nanog ja Lin28 käyttäen lentivirusjärjestelmää .

Generaatio muista solutyypeistä

Fibroblastien saaminen iPSC: iden tuottamiseksi sisältää ihon biopsian, ja on pyritty tunnistamaan helpommin saatavilla olevia solutyyppejä. Vuonna 2008 iPSC: t johdettiin ihmisen keratinosyyteistä, jotka saatiin yhdestä karvanpoistosta. Vuonna 2010 iPSC: t johdettiin perifeerisistä verisoluista, ja vuonna 2012 iPSC: t tehtiin munuaisen epiteelisoluista virtsassa.

Muita solutyypin aloittamiseen liittyviä näkökohtia ovat mutaatiokuorma (esimerkiksi ihosolut voivat sisältää enemmän mutaatioita UV -altistuksen vuoksi), aika, joka kuluu aloittavien solujen populaation laajentamiseen, ja kyky erilaistua tietyksi solutyypiksi.

Geenit, joita käytettiin iPSC: iden tuottamiseen

Indusoitujen pluripotenttien solujen syntyminen riippuu ratkaisevasti induktiossa käytetyistä transkriptiotekijöistä .

Lokakuuta ja tiettyjä Sox-geeniperheen tuotteita (Sox1, Sox2, Sox3 ja Sox15) on tunnistettu keskeisiksi transkription säätelijöiksi, jotka osallistuvat induktioprosessiin ja joiden puuttuminen tekee induktion mahdottomaksi. Muita geenejä, kuitenkin, mukaan lukien tietyt jäsenet Klf- (Klf1, Klf2, Klf4, ja Klf5), The Myc perhe (c-myc, L-myc, ja N-myc), Nanog , ja LIN28 , on tunnistettu lisää induktiotehoa.

  • 3.-4. Lokakuuta (Pou5f1) Lokakuu 3/4 on yksi oktameeristen ("Oct") transkriptiotekijöiden perheestä, ja sillä on ratkaiseva rooli pluripotenssin ylläpitämisessä. Lokakuun 3/4 puuttuminen lokakuun 3/4 + -soluissa, kuten blastomeereissä ja alkion kantasoluissa , johtaa spontaaniin trofoblastien erilaistumiseen, ja lokakuun 3./4. kantasolut. Erilaisia muita geenejä "lokakuu" perhe, mukaan lukien Oct-3/4: n lähisukulaisiin, Lok1 ja Oct6 , eivätkä ne onnistu herättämään induktion, mikä siten osoittaa ainutlaatuisuus on Oct-3/4 induktion prosessi. Kuitenkin Hans Schölerin johtama tiimi (joka löysi Oct4 -geenin jo vuonna 1989) osoitti, että Oct4: n yliekspressio uudelleenohjelmoinnin aikana aiheuttaa epigeneettisiä muutoksia, jotka heikentävät iPSC: iden laatua. Verrataan OSKM (Oct4, Sox2, Klf4 ja c-Myc) uusi SKM (Sox2, Klf4 ja c-Myc) uudelleenohjelmointi tuottaa iPSCs kehityksensä potentiaali vastaa alkion kantasoluilla , kuten määritettiin niiden kyky tuottaa kaikki iPSC hiirissä tetraploideja alkion täydentäminen .
  • Sox-perhe : Transkriptiotekijöiden Sox-perhe liittyy pluripotensiteetin säilyttämiseen samanlaisena kuin 3. lokakuuta, vaikka se liittyy multipotentteihin ja yksipotentteihin kantasoluihin, toisin kuin loka-syyskuu 4, joka ekspressoituu yksinomaan pluripotentteissa kantasoluissa. Vaikka Sox2 oli ensimmäinen geeni, jota Yamanaka et ai., Jaenisch et ai. Ja Thomson et ai. Käyttivät induktioon, muiden Sox -perheen transkriptiotekijöiden on havaittu toimivan myös induktioprosessissa. Sox1 saannot iPS-soluja, joilla on samanlainen tehokkuus kuin Sox2, ja geenit Sox3 , Sox15 , ja Sox18 myös tuottaa iPS-solujen, vaikkakin vähentynyt tehokkuus.
  • Klf -perhe :Yamanaka et ai. Tunnistivat alun perin transkriptiotekijöiden Klf -perheen Klf4 : n. ja vahvistavat Jaenisch et ai. Yamanaka et ai. tekijänä ihmisen iPS -solujen syntymiselle. Kuitenkin Thomson et ai. raportoi, että Klf4 oli tarpeeton ihmisen iPS -solujen tuottamiseen eikä itse asiassa tuottanut ihmisen iPS -soluja. Klf2: n ja Klf4: n havaittiin olevan tekijöitä, jotka kykenevät tuottamaan iPS -soluja, ja vastaavat geenit Klf1 ja Klf5 tekivät samoin, vaikkakin heikentyneellä tehokkuudella.
  • Myc-perhe : Transkriptiotekijöiden Myc-perhe onsyöpäänliittyvä proto-onkogeeni . Yamanaka et ai. ja Jaenisch et ai. osoitti, että c-myc on tekijä, joka liittyy hiiren iPS-solujen ja Yamanaka et ai. osoitti sen olevan tekijä, joka liittyy ihmisen iPS -solujen muodostumiseen. Kuitenkin Thomson et ai., Yamanaka et ai. "myc" -geeniperheen käyttö iPS-solujen indusoinnissa on huolestuttavaa iPS-solujen mahdollisille kliinisille hoidoille, sillä 25%: lla hiiristä, joille oli siirretty c-myc-indusoituja iPS-soluja, kehittyi tappava teratooma . N-mycin ja L-mycin on tunnistettu indusoivan c-mycin sijasta samalla tehokkuudella.
  • Nanog : Alkion kantasoluissa Nanog yhdessä 3.-4. Lokakuuta ja Sox2: n kanssa on välttämätöntä pluripotenssin edistämisessä. Siksi oli yllättävää, kun Yamanaka et ai. kertoi, että Nanog oli tarpeeton induktiolle, vaikka Thomson et ai. on raportoinut, että on mahdollista luoda iPS -soluja, joissa yksi tekijöistä on Nanog.
  • LIN28 : LIN28 on mRNA: ta sitova proteiini, joka ilmentyy alkion kantasoluissa ja alkion karsinoomasoluissa, jotka liittyvät erilaistumiseen ja lisääntymiseen. Thomson et ai. osoitti, että LIN28 on tekijä iPSC: n luomisessa yhdessä OCT4: n, SOX2: n ja NANOGin kanssa.
  • Glis1 : Glis1 on transkriptiotekijä, jota voidaan käyttää lokakuun 3., 4., Sox2: n ja Klf4: n kanssa pluripotenssin indusoimiseksi. Sillä on lukuisia etuja käytettäessä C-myc: n sijasta.

Haasteita solujen uudelleenohjelmoinnissa pluripotenssiksi

Vaikka Yamanakan ja muiden edelläkävijät ovat osoittaneet, että aikuisten solut voidaan ohjelmoida uudelleen iPS -soluiksi, tähän tekniikkaan liittyy edelleen haasteita:

  1. Matala hyötysuhde: yleensä muuntaminen iPS -soluiksi on ollut uskomattoman vähäistä. Esimerkiksi nopeus, jolla somaattiset solut ohjelmoitiin uudelleen iPS -soluiksi Yamanakan alkuperäisessä hiiritutkimuksessa, oli 0,01–0,1%. Alhainen hyötysuhde saattaa heijastaa tarvetta tarkalle ajoitukselle, tasapainolle ja uudelleenohjelmointigeenien absoluuttiselle ilmentymistasolle. Se voi myös viitata siihen, että alkuperäisessä somaattisessa solupopulaatiossa tai pitkittyneessä viljelmässä tarvitaan harvinaisia ​​geneettisiä ja/tai epigeneettisiä muutoksia . Kuitenkin äskettäin löydettiin polku tehokkaaseen uudelleenohjelmointiin, joka vaati nukleosomien uudelleenmuodostuksen ja deasetylaation ( NuRD ) kompleksin alisäätelyä . NuRD: n alayksikön Mbd3: n yliekspressio estää iPSC: iden induktion. Mbd3: n ehtyminen puolestaan ​​parantaa uudelleenohjelmoinnin tehokkuutta, mikä johtaa deterministiseen ja synkronoituun iPS -solujen uudelleenohjelmointiin (lähes 100%: n hyötysuhde seitsemän päivän kuluessa hiiren ja ihmisen soluista).
  2. Genomisen lisäys: genominen integraatio transkriptiotekijöiden rajoittaa käyttökelpoisuutta transkriptiotekijän lähestymistapa, koska riski mutaatioiden työnnetään kohdesolun genomiin. Yleinen strategia genomisen insertion välttämiseksi on ollut käyttää eri vektoria syöttöön. Plasmideja , adenoviruksia ja transposonivektoreita on tutkittu, mutta ne usein sisältävät pienemmän suorituskyvyn.
  3. Tuumorigeenisyys: Käytetyistä menetelmistä riippuen aikuisten solujen uudelleenohjelmointi iPSC: iden saamiseksi voi aiheuttaa merkittäviä riskejä, jotka voivat rajoittaa niiden käyttöä ihmisillä. Jos esimerkiksi viruksia käytetään solujen geneettiseen muuttamiseen, onkogeenien (syöpää aiheuttavien geenien) ilmentyminen voi mahdollisesti laukaista. Helmikuussa 2008 tiedemiehet ilmoittivat löytäneensä tekniikan, joka voisi poistaa onkogeenit pluripotenssin indusoinnin jälkeen, mikä lisäisi iPS -solujen mahdollista käyttöä ihmisten sairauksissa. Toisessa tutkimuksessa Yamanaka kertoi, että iPSC: itä voidaan luoda ilman onkogeeniä c-Myc. Prosessi kesti kauemmin eikä ollut yhtä tehokas, mutta tuloksena olevat kimerat eivät kehittäneet syöpää. Tuumorisuppressorin p53, joka on syövän keskeinen säätelijä, inaktivointi tai poistaminen lisää merkittävästi uudelleenohjelmointitehokkuutta. Täten näyttää olevan kompromissi uudelleenohjelmointitehokkuuden ja kasvaimen muodostumisen välillä.
  4. Epätäydellinen uudelleenohjelmointi: uudelleenohjelmointi kohtaa myös täydellisyyden haasteen. Tämä on erityisen haastavaa, koska genomin laajuinen epigeneettinen koodi on muotoiltava uudelleen kohdesolutyypin koodiksi , jotta solu voidaan ohjelmoida uudelleen. Kuitenkin kolme erillistä ryhmää pystyivät löytämään hiiren alkion fibroblastista (MEF) peräisin olevia iPS-soluja, jotka voitaisiin ruiskuttaa tetraploidisiin blastosysteemeihin ja johti hiirien elävään syntymään, jotka olivat peräisin kokonaan iPS-soluista, mikä lopetti keskustelun alkion varren vastaavuudesta solut (ESC) ja iPS pluripotenssin suhteen.

Oikealla olevassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä strategioista ja tekniikoista, joita käytettiin iPS -solujen kehittämiseen ensimmäisten viiden vuoden aikana Yamanaka et al.:n läpimurron jälkeen. Samanväriset rivit edustavat tutkimuksia, joissa käytettiin samanlaisia ​​strategioita uudelleenohjelmointiin.

Tämä aikajana esittää yhteenvedon tärkeimmistä strategioista ja tekniikoista, joita käytettiin iPS -solujen kehittämiseen ensimmäisten viiden vuoden aikana Yamanaka et al.:n vuoden 2006 läpimurron jälkeen. Samanväriset rivit edustavat tutkimuksia, joissa käytettiin samanlaisia ​​strategioita uudelleenohjelmointiin.

Vaihtoehtoisia lähestymistapoja

Transkriptiotekijöiden matkiminen kemikaaleilla

Yksi tärkeimmistä strategioista ongelmien (1) ja (2) välttämiseksi on ollut käyttää pieniä molekyylejä, jotka voivat jäljitellä transkriptiotekijöiden vaikutuksia. Nämä yhdisteet voivat kompensoida uudelleenohjelmointitekijän, joka ei kohdistu tehokkaasti genomiin tai epäonnistuu uudelleenohjelmoinnissa muusta syystä; Näin ne lisäävät ohjelmoinnin tehokkuutta. He myös välttävät genomisen integraation ongelman, joka joissakin tapauksissa edistää kasvaimen syntyä. Keskeiset tutkimukset, joissa käytettiin tällaista strategiaa, tehtiin vuonna 2008. Melton et al. tutki histonideasetylaasin (HDAC) estäjän valproiinihapon vaikutuksia. He havaitsivat, että se lisäsi uudelleenohjelmointitehokkuutta 100-kertaiseksi (verrattuna Yamanakan perinteiseen transkriptiotekijämenetelmään ). Tutkijat ehdottivat, että tämä yhdiste jäljittelee signalointia, joka yleensä johtuu transkriptiotekijästä c-Myc. Samantyyppistä korvausmekanismia ehdotettiin Sox2: n vaikutusten jäljittelemiseksi . Vuonna 2008 Ding et ai. käytti histonin metyylitransferaasin (HMT) estämistä BIX-01294: n kanssa yhdessä plasmakalvon kalsiumkanavien aktivoinnin kanssa uudelleenohjelmointitehokkuuden lisäämiseksi. Deng et ai. Pekingin yliopistosta raportoi heinäkuussa 2013, että indusoituja pluripotentteja kantasoluja voidaan luoda ilman geneettistä muuntelua. He käyttivät seitsemän pienimolekyylisen yhdisteen sisältävää cocktailia, mukaan lukien DZNep, indusoimaan hiiren somaattiset solut kantasoluiksi, joita he kutsuivat CiPS-soluiksi tehokkuudella-0,2%-verrattavissa niihin, jotka käyttivät tavanomaisia ​​iPSC-tuotantotekniikoita. CiPS -solut vietiin kehittyviin hiiren alkioihin ja niiden havaittiin edistävän kaikkia tärkeimpiä solutyyppejä, mikä osoittaa sen pluripotensiteetin.

Ding et ai. osoitti vaihtoehdon transkriptiotekijän uudelleensuunnittelulle käyttämällä huumeiden kaltaisia ​​kemikaaleja. Tutkimalla MET - prosessia ( mesenkymaalinen epiteeli-siirtymä ), jossa fibroblastit työnnetään kantasolun kaltaiseen tilaan, Dingin ryhmä tunnisti kaksi kemikaalia-ALK5-estäjä SB431412 ja MEK (mitogeeni-aktivoitu proteiinikinaasi) -inhibiittori PD0325901-jonka havaittiin lisääntyvän klassisen geneettisen menetelmän tehokkuus 100 -kertaiseksi. Kun lisätään kolmas yhdiste, jonka tiedetään osallistuvan solujen selviytymisreittiin, tiatsoviviini lisää tehokkuutta 200 -kertaiseksi. Näiden kolmen yhdisteen yhdistelmän käyttö myös vähensi ihmisen fibroblastien uudelleenohjelmointiprosessia neljästä viikosta kahteen viikkoon.

Huhtikuussa 2009 osoitettiin, että iPS-solujen tuottaminen on mahdollista ilman aikuisen solun geneettisiä muutoksia: solujen toistuva käsittely tietyillä proteiineilla, jotka kanavoidaan soluihin polyarginiiniankkureiden kautta, riitti indusoimaan pluripotenssin. Näille iPSC: lle annettu lyhenne on piPSC (proteiinin indusoimat pluripotentit kantasolut).

Vaihtoehtoiset vektorit

Toinen keskeinen strategia ongelmien, kuten tuumorigeneesin ja alhaisen läpäisykyvyn, välttämiseksi on ollut vaihtoehtoisten vektorimuotojen käyttö: adenovirus , plasmidit ja paljas DNA ja/tai proteiiniyhdisteet.

Vuonna 2008 Hochedlinger et ai. käytti adenovirusta tarvittavien neljän transkriptiotekijän kuljettamiseen hiirien iho- ja maksasolujen DNA: han, jolloin saatiin solut, jotka ovat identtisiä ESC: iden kanssa. Adenovirus on ainutlaatuinen muista vektoreista, kuten virukset ja retrovirukset, koska se ei sisällä mitään omia geenejä kohdennettuja isännän ja vältetään mahdollinen insertiomutageneesiin. Vuonna 2009 Freed et ai. osoitti onnistuneen ihmisen fibroblastien uudelleenohjelmoinnin iPS -soluihin. Toinen adenovirusten käytön etu on, että niiden on esitettävä vain lyhyen ajan, jotta ohjelmointi voidaan suorittaa tehokkaasti.

Myös vuonna 2008 Yamanaka et ai. havaitsivat, että he voisivat siirtää neljä tarvittavaa geeniä plasmidilla. Yamanaka -ryhmä ohjelmoi hiiren solut uudelleen onnistuneesti transfektiolla kahdella plasmidikonstruktilla, jotka sisälsivät uudelleenohjelmointitekijät; ensimmäinen plasmidi ekspressoi c-Myc, kun taas toinen ilmeni kolme muuta tekijää ( Oct4 , Klf4 ja Sox2 ). Vaikka plasmidimenetelmät välttävät viruksia, ne edellyttävät silti syöpää edistäviä geenejä uudelleenohjelmoinnin suorittamiseksi. Toinen pääongelma näissä menetelmissä on, että ne ovat yleensä paljon vähemmän tehokkaita verrattuna retrovirusmenetelmiin. Lisäksi transfektoitujen plasmidien on osoitettu integroituvan isäntägenomiin ja siksi ne aiheuttavat edelleen insertointimutageneesin riskin. Koska ei-retroviruslähestymistavat ovat osoittaneet niin alhaisen tehokkuuden, tutkijat ovat yrittäneet pelastaa tekniikan tehokkaasti PiggyBac Transposon System -järjestelmällä . Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä järjestelmä voi tehokkaasti toimittaa keskeiset uudelleenohjelmointitekijät jättämättä jalanjälkimutaatioita isäntäsolun genomiin. PiggyBac Transposoni järjestelmä käsittää uudelleen poiston eksogeenisten geenien, joka poistaa ongelman insertiomutageneesin.

Ärsykkeen käynnistämä pluripotensiosolun hankinta

Pääartikkeli: Ärsykkeen aiheuttama pluripotenssin hankkiminen

Tammikuussa 2014 julkaistiin kaksi artikkelia, joissa väitettiin, että tietynlainen pluripotentti kantasolu voidaan tuottaa altistamalla solut tietyntyyppiselle stressille (bakteerimyrkky, matala pH 5,7 tai fyysinen puristus); syntyneitä soluja kutsuttiin STAP-soluiksi ärsykkeen aiheuttaman pluripotenssin saamiseksi .

Ottaen huomioon vaikeudet, joita muut laboratoriot olivat toistaneet yllättävän tutkimuksen tuloksia, yksi tekijöistä maaliskuussa 2014 on vaatinut artikkelien peruuttamista. Pääkirjailija Obokata suostui 4. kesäkuuta 2014 peruuttamaan molemmat paperit sen jälkeen, kun hänet todettiin syyllistyneeseen "tutkimusvirheeseen", kuten RIKENin 1. huhtikuuta 2014 tekemässä tutkimuksessa todettiin .

RNA -molekyylit

MikroRNA: t ovat lyhyitä RNA -molekyylejä, jotka sitoutuvat lähettimen RNA: n komplementaarisiin sekvensseihin ja estävät geenin ilmentymisen. Mikro -RNA: n ekspression vaihtelujen mittaamista iPS -soluissa voidaan käyttää ennustamaan niiden erilaistumispotentiaali. MicroRNA: iden lisäämistä voidaan myös käyttää iPS -potentiaalin parantamiseen. Useita mekanismeja on ehdotettu. ES-soluspesifiset mikroRNA- molekyylit (kuten miR-291, miR-294 ja miR-295) parantavat indusoidun pluripotenssin tehokkuutta toimimalla c-Myc: n alavirtaan. mikroRNA: t voivat myös estää Yamanakan neljän transkriptiotekijän repressorien ilmentymisen, ja saattaa olla lisämekanismeja, jotka indusoivat uudelleenohjelmointia, vaikka lisättyjä eksogeenisia transkriptiotekijöitä ei olisi.

Identiteetti

Kolme itusolusolua/-kudosta, jotka ovat eriytyneet iPSC -soluista: neuronit ( ektoderma ), rusto (pehmeä luu, mesodermi ) ja pikarin solut suolessa (endoderma).

Indusoidut pluripotentit kantasolut ovat monilta osin samanlaisia ​​kuin luonnolliset pluripotentit kantasolut, kuten alkion kantasolut (ES) , kuten tiettyjen kantasolugeenien ja -proteiinien ilmentyminen, kromatiinin metylaatiomallit , kaksinkertaistumisaika, alkion kehon muodostuminen, teratooman muodostuminen , elinkelpoinen kimeerien muodostuminen sekä teho ja erilaistuvuus, mutta niiden laajuutta luonnollisiin pluripotentteihin kantasoluihin arvioidaan edelleen.

Geeniekspression ja genomin laajuisten H3K4me3 ja H3K27me3 havaittiin olevan erittäin samanlaisia ​​ES- ja iPS-solujen välillä. Luodut iPSC: t olivat huomattavan samankaltaisia ​​luonnostaan ​​eristettyjen pluripotenttisten kantasolujen (kuten hiiren ja ihmisen alkion kantasolujen , vastaavasti mESC- ja hESC -solujen) kanssa seuraavissa suhteissa, mikä vahvisti iPSC: iden identiteetin, aitouden ja pluripotensiteetin luonnollisesti eristetyille pluripotentteille kantasoluille :

  • Solujen biologiset ominaisuudet
    • Morfologia: iPSC: t olivat morfologisesti samanlaisia ​​kuin ESC: t. Jokaisella solulla oli pyöreä muoto, suuri ydin ja vähäinen sytoplasma . IPSC -siirtokunnat olivat myös samankaltaisia ​​kuin ESC: t. Ihmisen iPSC: t muodostivat teräväreunaisia, litteitä, tiiviisti pakattuja pesäkkeitä, jotka muistuttivat hESC: tä, ja hiiren iPSC: t muodostivat pesäkkeitä, jotka olivat samanlaisia ​​kuin mESC: t, vähemmän litteitä ja enemmän aggregoituneita pesäkkeitä kuin hESC: t.
    • Kasvuominaisuudet: Kaksinkertaistumisaika ja mitoottinen aktiivisuus ovat ESC : iden kulmakiviä, koska kantasolujen on uudistuttava itse osana määritelmää. iPSC: t olivat mitoottisesti aktiivisia, aktiivisesti itsensä uudistuvia, lisääntyneitä ja jakautuneita ESC: tä vastaavaan tahtiin.
    • Kantasolumarkkerit: iPSC: t ekspressoivat solupinnan antigeenisiä markkereita, jotka on ilmaistu ESC: llä. Ihmisen iPSC: t ilmentävät hESC: lle spesifisiä markkereita, mukaan lukien SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, TRA-2-49/6E ja Nanog. Hiiren iPSC: t ilmentivät SSEA-1: tä, mutta eivät SSEA-3: ta tai SSEA-4: tä, samalla tavalla kuin mESC: t.
    • Kantasolujen geenit: iPSC: t ilmentävät geenejä, jotka on ilmaistu erilaistumattomissa ESC: issä, mukaan lukien lokakuun 3./4., Sox2, Nanog, GDF3, REX1, FGF4, ESG1, DPPA2, DPPA4 ja hTERT.
    • Telomeraasiaktiivisuus: Telomeraasit ovat välttämättömiä solujen jakautumisen ylläpitämiseksi, jota ei rajoita Hayflick -raja - 50 solujakoa. hESC: t ilmaisevat suurta telomeraasiaktiivisuutta ylläpitääkseen itsensä uudistumista ja lisääntymistä, ja iPSC: t osoittavat myös korkeaa telomeraasiaktiivisuutta ja ilmentävät hTERT: tä (ihmisen telomeraasin käänteistranskriptaasia ), joka on välttämätön komponentti telomeraasiproteiinikompleksissa.
  • Pluripotenssi: iPSC: t kykenivät erilaistumaan ESC: iden kaltaisella tavalla täysin erilaistuneiksi kudoksiksi.
    • Neuraalinen erilaistuminen: iPSC: t erotettiin neuroneiksi , jotka ilmentävät βIII-tubuliinia, tyrosiinihydroksylaasia, AADC: tä, DAT: a, ChAT: ta, LMX1B: tä ja MAP2: ta. Katekoliamiiniin liittyvien entsyymien läsnäolo voi osoittaa, että iPSC: t, kuten hESC: t, voivat olla eriytettävissä dopaminergisiksi neuroneiksi. Kantasoluun liittyviä geenejä säädeltiin erilaistumisen jälkeen.
    • Sydämen erilaistuminen: iPSC: t erotettiin sydänlihassoluiksi, jotka alkoivat spontaanisti lyödä. Kardiomyosyytit ilmentivät TnTc: tä, MEF2C: tä, MYL2A: ta, MYHCβ: tä ja NKX2.5: tä. Kantasoluihin liittyviä geenejä säädeltiin erilaistumisen jälkeen.
    • Teratooma muodostus: iPSCs injektoitiin immuunivajavaisten hiirissä muodostuu spontaanisti teratomat yhdeksän viikkoa. Teratomat ovat kasvaimia, useita suvusta sisältävästä kudoksesta peräisin kolmesta alkio kerrokset Endodermi , mesodermistä ja ektodermistä ; tämä on toisin kuin muut kasvaimet, jotka tyypillisesti ovat vain yhtä solutyyppiä. Teratoman muodostuminen on maamerkki testi pluripotensiteetille.
    • Alkiokappale: hESC: t viljelmässä muodostavat spontaanisti pallomaisia ​​alkion kaltaisia ​​rakenteita, joita kutsutaan " alkiokappaleiksi ", jotka koostuvat mitoottisesti aktiivisten ja erilaistuvien hESC: iden ytimestä ja kaikkien kolmen alkukerroksen täysin erilaistuneiden solujen kehästä. iPSC: t muodostavat myös alkiokappaleita ja niissä on perifeerisiä erilaistuneita soluja.
    • Kimeerisiä hiiriä: hESCs luonnollisesti sijaita sisällä sisäsolumassasta ( embryoblast ) ja blastokysteihin , ja embryoblast, erilaistua alkioon, kun blastokystin: n vaipan ( trofoblasti ) erilaistuvat extraembryonic kudoksiin. Ontto trofoblasti ei pysty muodostamaan elävää alkiota, ja siksi alkion kantasolujen on välttämätöntä erottaa ja muodostaa alkio. iPSC: t ruiskutettiin mikropipetillä trofoblastiin, ja blastosysteemi siirrettiin vastaanottajille. Luotiin kimeerisiä eläviä hiiripentuja: hiiriä, joilla oli iPSC -johdannaisia, sisälsivät koko kehonsa 10–90% kimerismillä.
    • Tetraploidikomplementaatio : Tetraploidisiin blastosysteihin ruiskutetuista hiiren sikiön fibroblasteista (jotka itse voivat muodostaa vain alkion ulkopuolisia kudoksia) saatavat iPS-solut voivat muodostaa kokonaisia, ei-kimeerisiä, hedelmällisiä hiiriä, vaikkakin onnistumisprosentti on alhainen.
  • Epigeneettinen uudelleenohjelmointi
    • Promoottorin demetylaatio: Metylaatio on metyyliryhmän siirtäminen DNA -emäkseen, tyypillisesti metyyliryhmän siirto sytosiinimolekyyliin CpG -paikassa (viereinen sytosiini/guaniinisekvenssi). Geenin laaja metylaatio häiritsee ilmentymistä estämällä ekspressioproteiinien aktiivisuutta tai rekrytoimalla entsyymejä, jotka häiritsevät ekspressiota. Siten geenin metylaatio vaimentaa sen tehokkaasti estämällä transkription. Pluripotenssiin liittyvien geenien, mukaan lukien 3.-4. Lokakuuta, Rex1 ja Nanog, promoottorit demetyloitiin iPSC: issä, mikä osoittaa niiden promoottoriaktiivisuuden ja pluripotenssiin liittyvien geenien aktiivisen edistämisen ja ilmentymisen iPSC: issä.
    • DNA: n metylaatio maailmanlaajuisesti: Ihmisen iPS-solut ovat hyvin samankaltaisia kuin ES-solut heidän malleja, jotka sytosiinit ovat metyloitu , enemmän kuin mikään muu solutyyppiä. Kuitenkin noin tuhat sivustoa osoittavat eroja useissa iPS -solulinjoissa. Puolet näistä muistuttaa somaattista solulinjaa, josta iPS-solut on johdettu, loput ovat iPSC-spesifisiä. On myös löydetty kymmeniä alueita, jotka ovat kooltaan megakantoja , joissa iPS -soluja ei ohjelmoida uudelleen ES -solutilaan.
    • Histonin demetylaatio: Histonit tiivistävät proteiineja, jotka ovat rakenteellisesti lokalisoituja DNA-sekvensseihin, jotka voivat vaikuttaa niiden aktiivisuuteen erilaisten kromatiiniin liittyvien muunnosten avulla. H3-histonit, jotka liittyivät Oct-3/4, Sox2 ja Nanog, demetyloitiin, mikä osoittaa Oct-3/4: n, Sox2: n ja Nanogin ilmentymisen.

Turvallisuus

  • Suurin huolenaihe iPSC: iden mahdollisessa kliinisessä käytössä on niiden taipumus muodostaa kasvaimia. Paljon sama kuin ESC, iPSC: t muodostavat helposti teratooman, kun niitä ruiskutetaan immuunipuutteisiin hiiriin. FDA pitää teratooman muodostumista suurena esteenä kantasolupohjaiselle regeneratiiviselle lääketieteelle.
  • Tuoreempi tutkimus motoristen toimintojen palautumisesta selkäydinvammojen jälkeen hiirillä osoitti, että sen jälkeen kun ihmisen aiheuttamat pluripotentit kantasolut oli siirretty hiiriin, solut erilaistuivat kolmeen hermolinjaan selkäytimessä. Solut stimuloivat vaurioituneen selkäytimen uusiutumista, ylläpitävät myelinaatiota ja muodostivat synapsia. Näitä positiivisia tuloksia havaittiin yli 112 päivän ajan selkäydinvamman jälkeen ilman kasvaimen muodostumista. Siitä huolimatta saman ryhmän jatkotutkimus osoitti ihmisen aiheuttamien pluripotenttisten kantasolujen erillisiä klooneja, jotka lopulta muodostivat kasvaimia.
  • Koska iPSC: itä voidaan valmistaa tällä hetkellä vain tehokkaasti modifikaatioita käyttämällä, niiden ennustetaan yleensä olevan vähemmän turvallisia ja tuumorigeenisempiä kuin hESC. Kaikki geenit, joiden on osoitettu edistävän iPSC: n muodostumista, ovat myös liittyneet syöpään tavalla tai toisella. Osa geeneistä tunnetaan onkogeeneinä, mukaan lukien Myc -perheen jäsenet. Vaikka Myc: n jättäminen pois mahdollistaa edelleen IPSC: n muodostamisen, tehokkuus pienenee jopa 100 -kertaiseksi.
  • Ei-geneettinen menetelmä iPSC: iden tuottamiseksi on osoitettu käyttämällä yhdistelmäproteiineja, mutta sen tehokkuus oli melko alhainen. Tämän menetelmän parantaminen, joka tuottaa paremman tehokkuuden, voi kuitenkin johtaa turvallisempien iPSC -laitteiden tuotantoon. Muiden lähestymistapojen, kuten adenoviruksen tai plasmidien käytön, katsotaan yleensä olevan turvallisempia kuin retrovirusmenetelmät.
  • Tärkeä alue tuleville iPSC -alan tutkimuksille on iPSC: n tuumorigeenisyyden suora testaus menetelmillä, jotka jäljittelevät lähestymistapoja, joita käytettäisiin regeneratiivisen lääketieteen hoidoissa. Tällaiset tutkimukset ovat ratkaisevia, koska iPSC: t eivät ainoastaan ​​muodosta teratoomaa, vaan myös iPSC: stä johdetuilla hiirillä on suuri pahanlaatuisen syövän kuolleisuus. Stem Cells -lehdessä julkaistiin vuoden 2010 paperi, joka osoitti, että iPS -solut ovat paljon tuumorigeenisempiä kuin ESC, mikä tukee ajatusta, että iPS -solujen turvallisuus on vakava huolenaihe.
  • Huoli IPS -solujen immunogeenisuudesta nousi esiin vuonna 2011, kun Zhou et ai. suoritti tutkimuksen, johon osallistui teratooman muodostumismääritys, ja osoitti, että IPS -solut tuottivat immuunivasteen, joka oli riittävän vahva aiheuttamaan solujen hyljinnän. Kun samanlainen toimenpide suoritettiin kuitenkin geneettisesti vastaavilla ES -soluilla, Zhou et ai. löysi teratoomia , mikä osoitti, että immuunijärjestelmä sietää soluja. Vuonna 2013 Araki et ai. yritti toistaa Zhou et al. käyttämällä toista menettelyä. He ottivat soluja kimeeristä, joka oli kasvatettu IPSC -klooneista ja hiiren alkioista, tämä kudos siirrettiin sitten syngeenisille hiirille. He suorittivat samanlaisen kokeen käyttämällä ES -soluja IPSC -kloonin sijasta ja vertailivat tuloksia. Tulokset osoittavat, että IPS -solujen ja ES -solujen tuottamassa immunogeenisessa vasteessa ei ollut merkittävää eroa. Lisäksi Araki et ai. ilmoitti vain vähän tai ei lainkaan immunogeenistä vastetta molemmille solulinjoille. Siten Araki et ai. ei voinut tehdä samaa johtopäätöstä kuin Zhou et ai.

Okano et al.

Lääketieteellinen tutkimus

Tehtävä tuottaa iPS -soluja on edelleen haastava edellä mainittujen kuuden ongelman vuoksi. Keskeinen kompromissi, joka on voitettava, on tehokkuuden ja genomisen integraation välinen kompromissi. Useimmat menetelmät, jotka eivät ole riippuvaisia ​​siirtogeenien integroinnista, ovat tehottomia, kun taas ne, jotka riippuvat siirtogeenien integroinnista, kohtaavat epätäydellisen uudelleenohjelmoinnin ja kasvaimen syntyyn liittyvät ongelmat, vaikka monia tekniikoita ja menetelmiä on yritetty. Toinen suuri joukko strategioita on suorittaa iPS -solujen proteominen karakterisointi. Jatkotutkimusten ja uusien strategioiden pitäisi tuottaa optimaalisia ratkaisuja viiteen päähaasteeseen. Yksi lähestymistapa voisi yrittää yhdistää näiden strategioiden positiiviset ominaisuudet lopulta tehokkaaseen tekniikkaan solujen uudelleenohjelmoimiseksi iPS -soluiksi.

Toinen lähestymistapa on potilailta saatujen iPS -solujen käyttö sellaisten terapeuttisten lääkkeiden tunnistamiseksi, jotka voivat pelastaa fenotyypin. Esimerkiksi ektodermaalisen dysplasian oireyhtymästä (ETY) kärsiviltä potilailta peräisin olevilla iPS -solulinjoilla, joissa p63 -geeni on mutatoitunut, esiintyy epänormaalia epiteelisitoumusta, jonka pieni yhdiste voisi pelastaa osittain.

Sairauksien mallinnus ja lääkekehitys

Ihmisen iPS -solujen houkutteleva piirre on kyky saada ne aikuispotilailta tutkimaan ihmisen sairauden soluperustaa. Koska iPS-solut ovat itsestään uusiutuvia ja pluripotentteja, ne edustavat teoreettisesti rajoittamatonta potilasperäisten solujen lähdettä, joka voidaan muuttaa minkä tahansa tyyppiseksi soluksi kehossa. Tämä on erityisen tärkeää, koska monilla muilla potilaista peräisin olevilla ihmissoluilla on taipumus lakata kasvamasta muutaman laboratorioviljelmän jälkeen. iPS -soluja on luotu monenlaisiin ihmisen geneettisiin sairauksiin, mukaan lukien yleiset häiriöt, kuten Downin oireyhtymä ja polysystinen munuaissairaus. Monissa tapauksissa potilaista peräisin olevilla iPS-soluilla on soluvikoja, joita ei havaittu terveiden potilaiden iPS-soluissa, mikä antaa tietoa taudin patofysiologiasta. Kansainvälinen yhteistyöprojekti, StemBANCC, perustettiin vuonna 2012 rakentaakseen kokoelman iPS -solulinjoja erilaisten sairauksien lääkeseulontaa varten. Hoitaa Oxfordin yliopisto , vaivaa yhdistettyjen varojen ja resurssien 10 lääkeyhtiöiden ja 23 yliopistoissa. Tavoitteena on luoda 1500 iPS -solulinjan kirjasto, jota käytetään varhaisessa huumeiden testauksessa tarjoamalla simuloitu ihmisen tautiympäristö. Lisäksi hiPSC-tekniikan ja geneettisesti koodattujen jännite- ja kalsiumindikaattoreiden yhdistäminen tarjosi suuren mittakaavan ja suuren suorituskyvyn alustan sydän- ja verisuoniturvallisuustutkimuksille.

Elinten synteesi

Japanilaiset tutkijat ovat kertoneet todisteesta konseptista indusoitujen pluripotenttisten kantasolujen (iPSC) käyttämisestä ihmisen elimen tuottamiseksi elinsiirtoa varten . Ihmisen " maksan silmut" (iPSC-LB) kasvatettiin kolmen erilaisen kantasolun seoksesta: hepatosyytit (maksan toimintaa varten), jotka oli koakseroitu iPSC- soluista ; endoteelin kantasolut ( verisuonten vuorauksen muodostamiseksi ) napanuoran verestä ; ja mesenkymaaliset kantasolut ( sidekudoksen muodostamiseksi ). Tämä uusi lähestymistapa mahdollistaa eri solutyyppien järjestäytymisen monimutkaiseksi elimeksi jäljittelemällä sikiön kehitystä . Muutaman päivän kasvamisen jälkeen in vitro maksan silmut siirrettiin hiiriin, joissa 'maksa' yhdistyi nopeasti isäntäverisuoniin ja jatkoi kasvuaan. Mikä tärkeintä, se suoritti säännöllisiä maksan toimintoja, mukaan lukien metaboloivat lääkkeet ja maksaspesifisten proteiinien tuottaminen. Jatkotutkimuksissa seurataan siirretyn elimen pitkäikäisyyttä isäntäkehossa (kyky integroitua tai välttää hyljintä ) ja muuttuuko se kasvaimiksi . Tätä menetelmää käyttämällä yhden hiiren soluja voitaisiin käyttää testaamaan 1000 lääkeyhdistettä maksasairauden hoitoon ja vähentämään eläinten käyttöä jopa 50 000: lla.

Kudosten korjaus

Alkionsiirron verisolut indusoitiin pluripotentteiksi kantasoluiksi käyttäen plasmidi-DNA: ta. Käyttämällä solun pinnan endoteeli-/perisiittimarkkereita CD31 ja CD146 , tutkijat tunnistivat 'verisuonten esiasteen ', korkealaatuiset, monipotentiaaliset verisuonten kantasolut. Kun iPS -solut oli injektoitu suoraan hiiren vaurioituneen verkkokalvon lasiaiseen , verkkokalvoon siirtyneet kantasolut kasvoivat ja korjasivat verisuonet .

Laboratorioeläimille aivovaurioita sisältäneiden leimattujen iPSC-johdettujen NSC: iden osoitettiin siirtyvän vaurioihin ja havaittu jonkin verran motorisen toiminnan paranemista.

Kardiomyosyytit

Sydämen lihassoluja, iPSC-johdettuja sydänlihassoluja , voidaan valmistaa massatuotannossa käyttämällä kemiallisesti määriteltyjä erilaistumisprotokollia. Nämä protokollat ​​tyypillisesti moduloivat samoja kehityksen signalointireittejä, joita tarvitaan sydämen kehitykseen . Nämä iPSC-sydänlihassolut voivat tiivistää geneettiset rytmihäiriöt ja sydämen lääkevasteet, koska niillä on sama geneettinen tausta kuin potilaalla, josta ne on johdettu.

Kesäkuussa 2014 Takara Bio sai teknologiansiirron Kioton yliopiston iPS -solututkimuslaitoksen iHeart Japanilta, pääomasijoitusyhtiöltä, jotta voitaisiin käyttää yksinomaan teknologioita ja patentteja, jotka aiheuttavat iPS -solujen erilaistumisen sydänlihassoluiksi Aasiassa. Yhtiö ilmoitti ajatuksesta myydä sydänlihassoluja lääkeyhtiöille ja yliopistoille uusien sydänsairauksien lääkkeiden kehittämiseksi.

Osakan yliopiston määritelty regeneratiivisen lääketieteen komitea hyväksyi 9. maaliskuuta 2018 virallisesti maailman ensimmäisen kliinisen tutkimussuunnitelman iPS -soluista valmistetun "sydänlihaksen" siirtämiseksi potilaille, joilla on vaikea sydämen vajaatoiminta. Osakan yliopisto ilmoitti jättäneensä hakemuksen terveys-, työ- ja hyvinvointiministeriölle samana päivänä.

16. toukokuuta 2018 terveys-, työ- ja hyvinvointiministeriön asiantuntijaryhmä hyväksyi kliinisen tutkimussuunnitelman sairaudella.

Lokakuussa 2019 Okayaman yliopiston ryhmä kehitti iskeemisen sydänsairauden mallin käyttäen iPS -soluista eriytettyjä sydänlihassoluja.

punasolut

Vaikka tuoppi luovutettua verta sisältää noin kaksi biljoonaa punasolua ja yli 107 miljoonaa verenluovutusta kerätään maailmanlaajuisesti, verensiirtotarve on edelleen kriittinen. Vuonna 2014 tyypin O punasoluja syntetisoitiin Skotlannin kansallisessa verensiirtopalvelussa iPSC: ltä. Solut indusoitiin tulemaan mesodermiksi ja sitten verisoluiksi ja sitten punasoluiksi. Viimeinen vaihe oli saada heidät poistamaan ytimensä ja kypsymään kunnolla. Tyyppi O voidaan siirtää kaikille potilaille. Ihmisen kliinisten kokeiden ei odotettu alkavan ennen vuotta 2016.

Kliininen tutkimus

Ensimmäisen ihmisen kliinisessä tutkimuksessa käyttäen autologisia iPSCs hyväksyttiin Japanin ministeriön terveys- ja oli tehdä vuonna 2014. Riken keskuksen Developmental Biology in Kobe . Tutkimus keskeytettiin kuitenkin Japanin uusien uusiutuvan lääketieteen lakien voimaantulon jälkeen marraskuussa 2015. Tarkemmin sanottuna olemassa olevia ohjeita vahvistettiin lainvoimaiseksi (aiemmin pelkät suositukset). iPSC: t, jotka on johdettu kuuden potilaan ihosoluista , jotka kärsivät märästä ikään liittyvästä silmänpohjan rappeutumisesta, ohjelmoitiin uudelleen erilaistumaan verkkokalvon pigmenttiepiteelisoluiksi (RPE) . Solulevy siirrettäisiin vaurioituneeseen verkkokalvoon, jossa rappeutunut RPE -kudos leikattiin pois. Turvallisuuden ja näkökyvyn palauttamisen seurannan oli määrä kestää 1–3 vuotta.

Maaliskuussa 2017 Masayo Takahashin johtama tiimi sai päätökseen ensimmäisen onnistuneen iPS-johdettujen verkkokalvon solujen siirron luovuttajalta pitkälle edenneen silmänpohjan rappeutuneen henkilön silmään. Kuitenkin kerrottiin, että heillä on nyt komplikaatioita. Autologisten iPSC -solujen käytön edut ovat, että hylkäämisvaaraa ei teoriassa ole ja se poistaa tarpeen käyttää alkion kantasoluja . Nämä iPSC: t ovat kuitenkin peräisin toiselta henkilöltä.

Uudet kliiniset tutkimukset, joihin liittyy IPSC: itä, ovat nyt käynnissä paitsi Japanissa myös Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Tutkimus vuonna 2021 kokeilurekisteristä Clinicaltrials.gov havaitsi 129 tutkimusluetteloa, joissa mainittiin IPSC: t, mutta useimmat eivät olleet interventioita.

Strategia yleisten iPSC -laitteiden hankkimiseksi

Jotta iPSC perustuvan regeneratiivisen tekniikkoja enemmän potilaita, on tarpeen luoda yleinen iPSCs joka voidaan siirtää riippumatta haplotyyppien of HLA . Nykyisellä strategialla universaalin iPSC: n luomiseksi on kaksi päätavoitetta: HLA -ilmentymisen poistaminen ja HLA -deleetiosta johtuvien NK -solujen hyökkäysten estäminen . Poistetaan B2M ja CIITA: n geenit käyttäen CRISPR / Cas9 järjestelmä on raportoitu tukahduttaa HLA luokan I ja luokan II, vastaavasti. NK -soluhyökkäysten välttämiseksi. transduktio ja ligandeja estämällä NK-solut, kuten HLA-E ja CD47 on käytetty. HLA-C ei muutu, koska 12 yleistä HLA-C-alleelia riittävät kattamaan 95% maailman väestöstä.

Anti-aging ominaisuudet

Monipotentiaalinen mesenkymaalinen kantasolu, kun se indusoidaan pluripotenssiin, tarjoaa suuren lupauksen hidastaa tai kääntää ikääntymisen fenotyyppejä. Tällaiset ikääntymistä estävät ominaisuudet osoitettiin varhaisissa kliinisissä tutkimuksissa vuonna 2017. Vuonna 2020 Stanfordin yliopiston tutkijat päättivät tutkittuaan iäkkäitä hiiriä, että vanhat ihmissolut, kun ne altistuvat Yamanaka-tekijöille, saattavat nuorentua ja tulla lähes erottamattomiksi nuorista vastaavistaan.

Katso myös

Viitteet

Ulkoiset linkit