Afbrudt omprogrammering konverterer voksne celler til høje udbytter af progenitor-lignende celler

En modificeret version af iPS-metoden, kaldes afbrudt omprogrammering, giver mulighed for en meget kontrolleret, potentielt sikrere, og mere omkostningseffektiv strategi til generering af progenitor-lignende celler fra voksne celler. Som demonstreret 30. november i journalen Stamcellerapporter , forskere i Canada omdannede luftvejsceller fra voksne mus kaldet Club-celler til store, rene populationer af inducerede progenitor-lignende (iPL) celler, som bibeholdt en resterende hukommelse af deres forældrecellelinje og derfor specifikt genererede modne Club-celler. I øvrigt, disse celler viste potentiale som en celleerstatningsterapi hos mus med cystisk fibrose.

"En stor blok i den kritiske vej for regenerativ medicin er manglen på egnede celler til at genoprette funktion eller reparere skader, " siger co-senior forfatter Tom Waddell, en thoraxkirurg ved University of Toronto. "Vores tilgang starter med at rense den celletype, vi ønsker, og derefter manipulere den for at give disse celletyper karakteristika for stamceller, som kan vokse hurtigt, men kun producerer få celletyper. Som sådan, det er meget mere direkte, hurtigere, og partierne af celler er mere oprensede."

I de seneste år, inducerede pluripotente stamceller (iPS) har skabt stor interesse som en potentielt ubegrænset kilde til forskellige celletyper til transplantation. Denne metode involverer genetisk omprogrammering af hudceller taget fra voksne donorer til en embryonal stamcelle-lignende tilstand, dyrke disse umodne celler til et stort antal, og derefter omdanne dem til specialiserede celletyper, der findes i forskellige dele af kroppen. En stor fordel ved denne tilgang er evnen til at generere patientspecifikke iPS-celler til transplantation, derved minimeres risikoen for skadelige immunreaktioner.

På trods af betydelige fremskridt, disse protokoller forbliver begrænset af lavt udbytte og renhed af de ønskede modne celletyper, samt umodne cellers potentiale til at danne tumorer. I øvrigt, der er ingen standardiseret tilgang, der gælder for alle celletyper, og udviklingen af ​​tilpassede terapier baseret på patientafledte pluripotente celler er stadig meget dyr og tidskrævende. "Vi har forfulgt celleterapi for lungesygdomme i mange år, " siger Waddell. "Et nøglespørgsmål er, hvordan man får den rigtige type celler og mange af dem. For at undgå afvisning, vi skal bruge celler fra den faktiske patient."

For at løse disse problemer, Waddell og co-senior studieforfatter Andras Nagy fra Mount Sinai Hospital udviklede en afbrudt omprogrammeringsstrategi, som er en modificeret version af iPS -metoden. Forskerne begyndte genetisk at omprogrammere voksne Club-celler isoleret fra mus, forbigående udtryk for de fire iPS-omprogrammeringsfaktorer, men afbrød processen tidligt, før de når den pluripotente tilstand, at generere stamceller-lignende celler, som er mere forpligtet til en specifik afstamning og viser mere kontrolleret spredning end pluripotente celler.

"Omprogrammeringsprocessen var tidligere blevet betragtet som en alt-eller-ingen-proces, "Waddell siger." Vi blev overraskede i den grad, at det kan finjusteres af timingen og doseringen af ​​det lægemiddel, der bruges til at aktivere omprogrammeringsfaktorerne. Det er interessant, da det giver masser af muligheder for kontrol, men det betyder, at vi har masser af arbejde at gøre for at få det rigtigt."

Forskerne viste, at de resulterende Club-iPL-celler ikke kun kunne give anledning til Club-celler, men også til andre luftvejsceller såsom slim-udskillende bægerceller og cilierede epitelceller, der producerer CFTR-proteinet, som er muteret hos patienter med cystisk fibrose. Når Club-iPL-celler blev administreret til CFTR-mangelfulde mus, cellerne inkorporeret i væv, der forer luftvejene, og delvist genoprettede niveauer af CFTR i lungerne uden at inducere tumordannelse. Denne teknologi kan teoretisk anvendes på næsten enhver celletype, der kan isoleres og renses, og isolering af højt oprensede populationer af voksne celler fra de fleste organer er allerede mulig med eksisterende teknikker.

"For at skabe specialiserede celletyper til brug i celleterapi kræver det kun, at vi indsætter generne (eller bruger ikke-transgene tilgange) og derefter tester lægemiddeldosis og timing, der kræves for hver celletype og hver patient, så det bør være relativt skalerbart til lave omkostninger sammenlignet med andre tilgange, der bruger hver patients egne celler, " siger Waddell. "Det burde være meget nemt for andre laboratorier at bruge en lignende tilgang."

Ifølge forfatterne, tilgangen kan bruges til en række regenerativ medicinpraksis, herunder celleudskiftningsterapi, sygdomsmodellering, og lægemiddelscreening for menneskelige sygdomme. Men der er stadig lang vej igen før klinisk oversættelse. For deres eget vedkommende, forskerne planlægger at teste denne tilgang med andre celletyper, inklusive menneskelige celler. De vil også forsøge at afgøre, om der er sikre måder at indpode disse celler i menneskelige lunger. "Undersøgelsen er et principbevis, måden, hvorpå dette koncept i sidste ende kan bruges på mennesker, kan være anderledes, og det vil vare mange år før dette vil blive forsøgt hos mennesker, " siger Waddell.