Среда, 21 февраля, 2024
ДомойБиологияИсследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе бросает вызов давним убеждениям в биоинженерии и...

Исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе бросает вызов давним убеждениям в биоинженерии и динамике стволовых клеток

- Advertisement -

На конфокальном микроскопическом изображении показаны мезенхимальные стволовые клетки (зеленые), захваченные в нановиалах (розовые). Нановиальная технология была разработана Дино Ди Карло и его коллегами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Фото: Шрея Удани/UCLA

Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе Исследователи стволовых клеток обнаружили неожиданные генетические инструкции по усилению секреции белка, имеющие большое значение для биотехнологий и клеточной терапии.

  • Мезенхимальные стволовые клетки, обнаруженные в костном мозге, секретируют терапевтические белки, которые потенциально могут помочь в регенерации поврежденных тканей.
  • Исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, изучающее эти клетки, бросает вызов традиционному пониманию того, какие генетические инструкции вызывают высвобождение этих терапевтических белков.
  • Полученные результаты могут помочь продвинуть как исследования в области регенеративной медицины, так и лабораторное производство уже используемых биологических препаратов.

Расширение горизонтов в медицине на основе антител

Сегодня лекарства на основе антител — белков, которые борются с инфекциями и болезнями — назначаются при любых заболеваниях — от рака до COVID-19 к высокому холестерину. Препараты на основе антител поставляются генетически модифицированными клетками, которые в лаборатории функционируют как крошечные фабрики по производству белка.

Тем временем исследователи нацелены на рак, травмы внутренних органов и множество других заболеваний с помощью новых стратегий, в которых аналогично сконструированные клетки имплантируются непосредственно пациентам.

Эти биотехнологические приложения основаны на принципе, согласно которому изменение клетки ДНК производство большего количества генетических инструкций для производства данного белка заставит клетку высвободить больше этого белка.

Бросая вызов устоявшимся биологическим принципам

Однако новаторское исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе бросает вызов этому давнему убеждению, по крайней мере, в случае определенного типа стволовых клеток.

Исследователи исследовали мезенхимальные стволовые клетки, которые находятся в костном мозге и могут самообновляться или развиваться в костные, жировые или мышечные клетки. Мезенхимальные клетки секретируют белковый фактор роста под названием VEGF-A, который играет роль в регенерации кровеносных сосудов и который, по мнению ученых, может иметь потенциал для восстановления повреждений, вызванных сердечными приступами, травмами почек, заболеваниями артерий конечностей и другими состояниями.

Удивительные результаты исследований стволовых клеток

Когда исследователи сравнили количество VEGF-A, которое высвобождает каждая мезенхимальная клетка, с экспрессией генов, кодирующих VEGF-A, в той же клетке, результаты оказались неожиданными: экспрессия генов лишь слабо коррелировала с фактической секрецией фактора роста.

Ученые выявили другие гены, лучше коррелирующие с секрецией факторов роста, в том числе тот, который кодирует белок, обнаруженный на поверхности некоторых стволовых клеток. Выделив стволовые клетки с этим белком на поверхности, команда вырастила популяцию, которая активно секретировала VEGF-A и продолжала делать это несколько дней спустя.

Последствия для биотехнологии и медицины

Выводы опубликованы 11 декабря в журнале Природные нанотехнологиипредполагают, что фундаментальное предположение в биологии и биотехнологии может быть пересмотрено, сказал соавтор Дино Ди Карло, профессор инженерии и медицины Армонда и Елены Хайрапетян в Инженерная школа Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

«Центральная догма заключалась в том, что у вас есть инструкции в ДНК, они транскрибируются в РНКа затем РНК транслируется в белок», — сказал Ди Карло, который также является членом Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Калифорнийский институт наносистем и Центр регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Броуд. «Основываясь на этом, многие ученые предположили, что если бы у вас было больше РНК, у вас было бы больше белка, а затем больше белка высвободилось бы из клетки. Мы поставили под сомнение это предположение.

«Похоже, мы не можем предполагать, что если ген экспрессируется на более высоких уровнях, то секреция соответствующего белка будет выше. Мы нашли яркий пример того, что этого не происходит, и это открывает много новых вопросов».

Результаты могут помочь сделать производство методов лечения на основе антител более эффективным и определить новые клеточные методы лечения, которые будут более эффективными. Знание правильных генетических переключателей, которые нужно перевернуть, может позволить создать или выбрать чрезвычайно продуктивные клетки для создания или проведения терапии.

Прорывы в одноклеточном анализе

Исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе проводилось с использованием стандартного лабораторного оборудования, дополненного технологией, изобретенной Ди Карло и его коллегами: нановиалы, микроскопические гидрогелевые контейнеры чашеобразной формы., каждый из которых захватывает одну клетку и ее выделения. Используя новый аналитический метод с использованием нановиалов, ученые смогли связать количество VEGF-A, высвобождаемого каждой из 10 000 мезенхимальных стволовых клеток, с атласом, отображающим десятки тысяч генов, экспрессируемых той же самой клеткой.

«Способность связать секрецию белка с экспрессией генов на уровне отдельных клеток открывает большие перспективы для областей биологических исследований и терапевтических разработок», — сказала Кэтрин Плат, профессор биологической химии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, член организации Broad Stem Cell Research. Центр и соавтор исследования. «Без этого мы не смогли бы прийти к неожиданным результатам, полученным в этом исследовании. Теперь у нас есть прекрасная возможность узнать что-то новое о механизмах, лежащих в основе основных процессов жизни, и использовать полученные знания для улучшения здоровья человека».

Новые возможности в терапевтическом развитии

Хотя активация генетических инструкций для VEGF-A мало коррелирует с высвобождением белка, исследователи идентифицировали кластер из 153 генов, тесно связанных с секрецией VEGF-A. Многие из них известны своей ролью в развитии кровеносных сосудов и заживлении ран; для других их функция в настоящее время неизвестна.

Одно из лучших совпадений кодирует белок клеточной поверхности IL13RA2, назначение которого плохо изучено. Его внешнее расположение облегчило ученым использование его в качестве маркера и отделение этих клеток от других. Клетки с IL13RA2 демонстрировали на 30% большую секрецию VEGF-A, чем клетки, в которых отсутствовал этот маркер.

В аналогичном эксперименте исследователи держали отделенные клетки в культуре в течение шести дней. По истечении этого времени клетки с маркером секретировали на 60% больше VEGF-A по сравнению с клетками без него.

Потенциальное влияние на клиническое применение

Хотя методы лечения, основанные на мезенхимальных стволовых клетках, показали многообещающие результаты в лабораторных исследованиях, клинические испытания с участием людей показали, что многие из этих новых вариантов безопасны, но не эффективны. Возможность сортировки высокосекреторного VEGF-A с помощью IL13RA2 может помочь переломить эту ситуацию.

«Определение субпопуляции, которая производит больше, и маркеров, связанных с этой популяцией, означает, что вы можете очень легко их отделить», — сказал Ди Карло. «Очень чистая популяция клеток, которая будет производить высокие уровни вашего терапевтического белка, должна стать лучшей терапией».

Нановиалы коммерчески доступны в Partillion Bioscience, компании, соучредителем которой является Ди Карло, которая была основана в инкубаторе CNSI на территории кампуса. Увеличьте.

Ссылка: «Связывание секреции факторов роста и транскриптомов отдельных клеток в нановиалах с использованием SEC-seq», Шрея Удани, Джастин Лангерман, Доён Ку, Севана Багдасарян, Брайан Ченг, Симран Кан, Читрадеви Соэмарди, Джозеф де Рютте, Катрин Плат и Дино Ди. Карло, 11 декабря 2023 г., Природные нанотехнологии.
DOI: 10.1038/s41565-023-01560-7

Первым автором исследования является Шрея Удани, получившая докторскую степень в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 2023 году. Другими соавторами, связанными с Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе, являются научный сотрудник Джастин Лангерман; Доён Ку, получившая докторскую степень в 2023 году; аспиранты Севана Багдасарян и Читрадеви Сумарди; студент Брайан Ченг; Симран Канг, получивший степень бакалавра в 2023 году; и Джозеф де Рютте, получивший докторскую степень в 2020 году и являющийся соучредителем и генеральным директором Partillion.

Исследование было поддержано Национальные институты здоровья и Премия за планирование наномедицины со стволовыми клетками, финансируемая совместно CNSI и Центром исследования широких стволовых клеток.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме