Embryonale stamceller - Embryonic stem cell

Menneskelige embryonale stamceller i cellekultur
Pluripotent: Embryonale stamceller er i stand til at udvikle sig til enhver celletype, bortset fra placenta. Kun embryonale stamceller i morulaen er totipotente : i stand til at udvikle sig til enhver celletype, inklusive placenta.

Embryonale stamceller ( ES-celler eller ØSR ) er pluripotente stamceller afledt af indre cellemasse af en blastocyst , et tidligt stadium præ- implantation embryo . Menneskelige embryoner når blastocyststadiet 4-5 dage efter befrugtning , på hvilket tidspunkt de består af 50-150 celler. Isolering af embryoblasten eller indre cellemasse (ICM) resulterer i ødelæggelse af blastocysten, en proces, der rejser etiske spørgsmål , herunder om embryoner på præimplantationstrinnet har de samme moralske overvejelser som embryoner i postimplantationstrinnet udvikling.

Forskere fokuserer i øjeblikket stærkt på embryonale stamcellers terapeutiske potentiale, hvor klinisk brug er målet for mange laboratorier. Potentielle anvendelser omfatter behandling af diabetes og hjertesygdomme . Cellerne undersøges for at blive brugt som kliniske terapier, modeller for genetiske lidelser og cellulær/DNA -reparation. Imidlertid er der også rapporteret om negative virkninger i forskningen og kliniske processer såsom tumorer og uønskede immunresponser .

Ejendomme

Transkriptom af embryonale stamceller

Embryonale stamceller (ESC'er), der stammer fra blastocyststadiet i tidlige pattedyrembryoer, kendetegnes ved deres evne til at differentiere sig til enhver embryonal celletype og ved deres evne til selvfornyelse. Det er disse træk, der gør dem værdifulde inden for det videnskabelige og medicinske område. ESC'er har en normal karyotype , opretholder høj telomeraseaktivitet og udviser bemærkelsesværdigt langsigtet proliferativt potentiale.

Pluripotent

Embryonale stamceller i den indre cellemasse er pluripotente , hvilket betyder, at de er i stand til at differentiere sig til at generere primitiv ektoderm, som i sidste ende differentierer under gastrulering til alle derivater af de tre primære kimlag : ektoderm , endoderm og mesoderm . Disse kimlag genererer hver af de mere end 220 celletyper i den voksne menneskekrop. Når de er forsynet med de passende signaler, danner ESC'er i første omgang precursorceller, der efterfølgende differentieres til de ønskede celletyper. Pluripotens adskiller embryonale stamceller fra voksne stamceller , som er multipotente og kun kan producere et begrænset antal celletyper.

Selvfornyelse og reparation af struktur

Under definerede forhold er embryonale stamceller i stand til selvfornyelse på ubestemt tid i en udifferentieret tilstand. Selvfornyelsesbetingelser skal forhindre cellerne i at klumpe sig sammen og opretholde et miljø, der understøtter en uspecialiseret tilstand. Dette gøres typisk i laboratoriet med medier indeholdende serum- og leukæmihæmmende faktor eller serumfrie medietilskud med to hæmmende lægemidler ("2i"), MEK-hæmmer PD03259010 og GSK-3-hæmmer CHIR99021.

Vækst

ESC'er deler sig meget ofte på grund af en forkortet G1 -fase i deres cellecyklus . Hurtig celledeling gør det muligt for cellerne hurtigt at vokse i antal, men ikke størrelse, hvilket er vigtigt for tidlig embryoudvikling. I ESC'er udtrykkes cyclin A- og cyclin E -proteiner, der er involveret i G1/S -overgangen , altid på høje niveauer. Cyklinafhængige kinaser, såsom CDK2, der fremmer cellecyklusprogression, er overaktive, dels på grund af nedregulering af deres hæmmere. Retinoblastomproteiner, der hæmmer transkriptionsfaktoren E2F, indtil cellen er klar til at komme ind i S -fase , hyperphosphoryleres og inaktiveres i ESC'er, hvilket fører til kontinuerlig ekspression af proliferationsgener. Disse ændringer resulterer i accelererede cyklusser for celledeling. Selvom høje ekspressionsniveauer af proliferative proteiner og en forkortet G1-fase har været knyttet til opretholdelse af pluripotens, udtrykker ESC'er, der vokser under serumfrie 2i-forhold, hypofosforylerede aktive Retinoblastoma-proteiner og har en forlænget G1-fase. På trods af denne forskel i cellecyklussen sammenlignet med ESC'er dyrket i medier indeholdende serum, har disse celler lignende pluripotente egenskaber. Pluripotensfaktorer Oct4 og Nanog spiller en rolle i transkriptionelt regulering af ESC -cellecyklussen .

Anvendelser

På grund af deres plasticitet og potentielt ubegrænsede kapacitet til selvfornyelse er embryonale stamcelleterapier blevet foreslået til regenerativ medicin og vævsudskiftning efter skade eller sygdom. Pluripotente stamceller har vist løfte om behandling af en række forskellige tilstande, herunder men ikke begrænset til: rygmarvsskader , aldersrelateret makuladegeneration , diabetes , neurodegenerative lidelser (såsom Parkinsons sygdom ), AIDS osv. Ud over deres potentiale i regenerativ medicin, embryonale stamceller udgør en mulig alternativ kilde til væv/organer, der fungerer som en mulig løsning på donor mangel dilemmaet. Der er dog nogle etiske kontroverser omkring dette (se afsnittet Etisk debat nedenfor). Bortset fra disse anvendelser kan ESC'er også bruges til forskning i tidlig menneskelig udvikling, visse genetiske sygdomme og in vitro -toksikologisk test.

Udnyttelser

Ifølge en artikel fra PNAS fra 2002 "har humane embryonale stamceller potentialet til at differentiere sig til forskellige celletyper og kan derfor være nyttige som en kilde til celler til transplantation eller vævsteknik."

Vævsteknik

I vævsteknik er brugen af ​​stamceller for nylig blevet opdaget og vides at have betydning. For med succes at konstruere et væv, skal de anvendte celler være i stand til at udføre specifik biologisk funktion, såsom udskillelse af cytokiner, signalmolekyler, interaktion med naboceller og producere en ekstracellulær matrix i den korrekte organisation. Stamceller demonstrerer disse specifikke biologiske funktioner sammen med at kunne forny sig selv og differentiere sig til en eller flere typer specialiserede celler. Embryonale stamceller er en af ​​de nuværende kilder, der overvejes til brug af vævsteknik. Brugen af ​​humane embryonale stamceller har åbnet mange nye muligheder for vævsteknik, men der er mange forhindringer, der skal gøres, før humane embryonale stamceller overhovedet kan udnyttes. Det er teoretiseret, at hvis embryonale stamceller kan ændres til ikke at fremkalde immunresponset, når de implanteres i patienten, ville dette være et revolutionerende trin i vævsteknik.

Embryoide kroppe 24 timer efter dannelse.

Embryonale stamceller er imidlertid ikke begrænset til celle/vævsteknik.

Celleudskiftningsterapier

Aktuel forskning fokuserer på at differentiere ESC'er til forskellige celletyper til senere brug som celleerstatningsterapier (CRT'er). Nogle af de celletyper, der har eller er under udvikling, omfatter kardiomyocytter (CM), neuroner , hepatocytter , knoglemarvsceller , ø -celler og endotelceller . Afledningen af ​​sådanne celletyper fra ESC'er er imidlertid ikke uden forhindringer, derfor er den nuværende forskning fokuseret på at overvinde disse barrierer. For eksempel er undersøgelser i gang for at differentiere ESC'er til vævsspecifikke CM'er og for at udrydde deres umodne egenskaber, der adskiller dem fra voksne CM'er.

Klinisk potentiale

  • Forskere har differentieret ESC'er til dopaminproducerende celler med håb om, at disse neuroner kunne bruges til behandling af Parkinsons sygdom.
  • ESC'er er blevet differentieret til naturlige dræberceller (NK) og knoglevæv.
  • Undersøgelser med ESC'er er i gang for at give en alternativ behandling for diabetes. F.eks. D'Amour et al. var i stand til at differentiere økonomiske og sociale råd til insulin-producerende celler og forskere på Harvard University var i stand til at producere store mængder af pankreatiske betaceller fra ES.
  • En artikel offentliggjort i European Heart Journal beskriver en translationel proces til generering af humane embryonale stamcelle-afledte hjertestamceller, der skal bruges i kliniske forsøg med patienter med alvorligt hjertesvigt.

Lægemiddelfund

Udover at blive et vigtigt alternativ til organtransplantationer, bruges ESC'er også inden for toksikologi og som cellulære skærme til at afdække nye kemiske enheder (NCE'er), der kan udvikles som små molekylærlægemidler. Undersøgelser har vist, at kardiomyocytter afledt af ESC'er er valideret in vitro -modeller for at teste lægemiddelresponser og forudsige toksicitetsprofiler. ES -afledte kardiomyocytter har vist sig at reagere på farmakologiske stimuli og kan derfor bruges til at vurdere kardiotoksicitet som Torsades de Pointes .

ESC-afledte hepatocytter er også nyttige modeller, der kan bruges i de prækliniske faser af lægemiddelopdagelse. Imidlertid har udviklingen af ​​hepatocytter fra ESC'er vist sig at være udfordrende, og det hindrer evnen til at teste stofskifte. Derfor fokuserer den nuværende forskning på at etablere fuldt funktionelle ESC-afledte hepatocytter med stabil fase I og II enzymaktivitet.

Modeller af genetisk lidelse

Flere nye undersøgelser er begyndt at behandle begrebet modellering af genetiske lidelser med embryonale stamceller. Enten ved at genetisk manipulere cellerne eller for nylig ved at udlede syge cellelinjer identificeret ved prænatal genetisk diagnose (PGD), er modellering af genetiske lidelser noget, der er opnået med stamceller. Denne tilgang kan meget vel vise sig værdifuld til at studere lidelser som f.eks. Fragile-X syndrom , cystisk fibrose og andre genetiske sygdomme, der ikke har noget pålideligt modelsystem.

Yury Verlinsky , en russisk-amerikansk medicinsk forsker, der specialiserede sig i embryo- og cellulær genetik (genetisk cytologi ), udviklede testmetoder til prænatal diagnose til at bestemme genetiske og kromosomale lidelser halvanden måned tidligere end standard fostervandsprøve . Teknikkerne bruges nu af mange gravide og potentielle forældre, især par, der tidligere har genetiske abnormiteter, eller hvor kvinden er over 35 år (når risikoen for genetisk relaterede lidelser er højere). Desuden har de ved at tillade forældre at vælge et embryo uden genetiske lidelser potentiale til at redde liv for søskende, der allerede havde lignende lidelser og sygdomme ved hjælp af celler fra de sygdomsfrie afkom.

Reparation af DNA -skader

Differentierede somatiske celler og ES -celler bruger forskellige strategier til håndtering af DNA -skader. For eksempel bruger menneskelige forhudsfibroblaster, en type somatiske celler, ikke-homolog endeforbindelse (NHEJ) , en fejludsat DNA-reparationsproces, som den primære vej til reparation af dobbeltstrengede pauser (DSB'er) under alle cellecyklusfaser. På grund af sin fejl-tilbøjelige karakter har NHEJ tendens til at producere mutationer i en celles klonale efterkommere.

ES -celler bruger en anden strategi til at håndtere DSB'er. Fordi ES -celler giver anledning til alle celletyper i en organisme inklusive cellerne i kimlinjen, er mutationer, der opstår i ES -celler på grund af defekt DNA -reparation, et mere alvorligt problem end i differentierede somatiske celler. Derfor er robuste mekanismer nødvendige i ES-celler for at reparere DNA-skader nøjagtigt, og hvis reparation mislykkes, for at fjerne disse celler med ikke-reparerede DNA-skader. Således anvender musens ES -celler overvejende homolog rekombinationsreparation (HRR) i høj kvalitet til at reparere DSB'er. Denne type reparation afhænger af interaktionen mellem de to søsterkromosomer dannet under S -fasen og præsenteres sammen under G2 -fasen i cellecyklussen. HRR kan nøjagtigt reparere DSB'er i det ene søsterkromosom ved at bruge intakt information fra det andet søsterkromosom. Celler i G1 -fasen i cellecyklussen (dvs. efter metafase/celledeling men før den næste replikationsrunde) har kun en kopi af hvert kromosom (dvs. søsterkromosomer er ikke til stede). Mus -ES -celler mangler et G1 -kontrolpunkt og gennemgår ikke cellecyklusstop efter erhvervelse af DNA -skade. De gennemgår snarere programmeret celledød (apoptose) som reaktion på DNA -skade. Apoptose kan bruges som en fejlsikker strategi til at fjerne celler med ikke-reparerede DNA-skader for at undgå mutation og progression til kræft. I overensstemmelse med denne strategi har mus ES-stamceller en mutationsfrekvens, der er omkring 100 gange lavere end for isogene mus somatiske celler.

Klinisk forsøg

Den 23. januar 2009 modtog kliniske fase I-forsøg for transplantation af oligodendrocytter (en celletype i hjernen og rygmarven) afledt af humane ES-celler til rygmarvsskadede personer godkendelse fra US Food and Drug Administration (FDA), der markerede det er verdens første menneskelige forsøg med menneskelige ES -celler. Undersøgelsen, der førte til denne videnskabelige udvikling, blev udført af Hans Keirstead og kolleger ved University of California, Irvine og støttet af Geron Corporation i Menlo Park, CA , grundlagt af Michael D. West , ph.d. Et tidligere eksperiment havde vist en forbedring af bevægelsesgendannelse hos rygmarvsskadede rotter efter en 7-dages forsinket transplantation af humane ES-celler, der var blevet skubbet ind i en oligodendrocytisk slægt. Den kliniske fase I -undersøgelse var designet til at registrere omkring otte til ti paraplegikere, der ikke har haft deres skader længere end to uger før forsøget begynder, da cellerne skal injiceres, før arvæv kan dannes. Forskerne understregede, at injektionerne ikke forventedes at helbrede patienterne fuldstændigt og genoprette al mobilitet. Baseret på resultaterne af gnaverforsøgene spekulerede forskere i, at restaurering af myelinskeder og en stigning i mobilitet kan forekomme. Dette første forsøg var primært designet til at teste sikkerheden ved disse procedurer, og hvis alt gik godt, var det håbet, at det ville føre til fremtidige undersøgelser, der involverer mennesker med mere alvorlige handicap. Forsøget blev sat på vent i august 2009 på grund af FDA -bekymringer vedrørende et lille antal mikroskopiske cyster, der findes i flere behandlede rottemodeller, men holdet blev ophævet den 30. juli 2010.

I oktober 2010 registrerede og administrerede forskere EST'er til den første patient på Shepherd Center i Atlanta . Skaberne af stamcelleterapien, Geron Corporation , vurderede, at det ville tage flere måneder, før stamcellerne replikerede, og at GRNOPC1 -behandlingen blev evalueret for succes eller fiasko.

I november 2011 meddelte Geron, at det af økonomiske årsager stoppede forsøget og droppede ud af stamcelleforskning, men fortsatte med at overvåge eksisterende patienter og forsøgte at finde en partner, der kunne fortsætte deres forskning. I 2013 erhvervede BioTime , ledet af administrerende direktør Dr. Michael D. West , alle Gerons stamcelleaktiver med den erklærede hensigt at genstarte Gerons embryonale stamcellebaserede kliniske forsøg til forskning i rygmarvsskade .

BioTime-selskabet Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST) blev tildelt en $ 14,3 millioner Strategic Partnership Award af California Institute for Regenerative Medicine (CIRM) for at genindlede verdens første embryonale stamcellebaserede humane kliniske forsøg for rygmarvsskade. CIRM er støttet af offentlige midler i Californien og er den største finansierer af stamcellerelateret forskning og udvikling i verden.

Prisen giver midler til Asterias til at genindlede klinisk udvikling af AST-OPC1 hos patienter med rygmarvsskade og til at udvide klinisk test af eskalerende doser i målpopulationen beregnet til fremtidige afgørende forsøg.

AST-OPC1 er en population af celler afledt af humane embryonale stamceller (hESC'er), der indeholder oligodendrocyt-stamceller (OPC'er). OPC'er og deres modne derivater kaldet oligodendrocytter giver kritisk funktionel støtte til nerveceller i rygmarven og hjernen. Asterias præsenterede for nylig resultaterne fra fase 1 kliniske forsøgstest af en lav dosis AST-OPC1 hos patienter med neurologisk komplet thoraxskade i rygmarven. Resultaterne viste, at AST-OPC1 med succes blev leveret til det skadede rygmarvssted. Patienter fulgte 2-3 år efter administration af AST-OPC1 viste ingen tegn på alvorlige bivirkninger forbundet med cellerne i detaljerede opfølgningsvurderinger, herunder hyppige neurologiske undersøgelser og MR. Immunovervågning af forsøgspersoner gennem et år efter transplantation viste ingen tegn på antistofbaserede eller cellulære immunresponser mod AST-OPC1. Hos fire af de fem forsøgspersoner tyder serielle MR-scanninger udført i løbet af den 2-3 års opfølgningsperiode på, at reduceret rygmarvskavitation kan have forekommet, og at AST-OPC1 kan have haft nogle positive virkninger til at reducere forringelse af rygmarvsvæv. Der var ingen uventet neurologisk degeneration eller forbedring hos de fem forsøgspersoner i forsøget, vurderet af International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury (ISNCSCI) -eksamen.

Strategic Partnership III-tilskuddet fra CIRM vil yde finansiering til Asterias til støtte for det næste kliniske forsøg med AST-OPC1 hos personer med rygmarvsskade og til Asterias 'produktudviklingsindsats for at forfine og skalere fremstillingsmetoder til støtte for forsøg i senere stadier og til sidst kommercialisering. CIRM-finansiering vil være betinget af FDA-godkendelse til forsøget, færdiggørelse af en endelig aftale mellem Asterias og CIRM og Asterias 'fortsatte fremskridt mod opnåelsen af ​​visse foruddefinerede projektmilepæle.

Bekymring og kontrovers

Bivirkninger

Den største bekymring med den mulige transplantation af ESC til patienter som terapier er deres evne til at danne tumorer, herunder teratom. Sikkerhedsspørgsmål fik FDA til at sætte en stopper for det første ESC -kliniske forsøg, men der blev ikke observeret tumorer.

Hovedstrategien til at øge sikkerheden ved ESC til potentiel klinisk brug er at differentiere ESC til specifikke celletyper (f.eks. Neuroner, muskler, leverceller), der har reduceret eller elimineret evne til at forårsage tumorer. Efter differentiering underkastes cellerne sortering efter flowcytometri til yderligere oprensning. ESC forudsiges at være iboende sikrere end IPS-celler skabt med genetisk integrerende virusvektorer, fordi de ikke er genetisk modificeret med gener som c-Myc, der er knyttet til kræft. Ikke desto mindre udtrykker ESC meget høje niveauer af iPS-inducerende gener, og disse gener, herunder Myc, er afgørende for ESC-selvfornyelse og pluripotens, og potentielle strategier til forbedring af sikkerheden ved at eliminere c-Myc-ekspression er usandsynligt at bevare cellernes "stilhed". Imidlertid er N-myc og L-myc blevet identificeret til at inducere iPS-celler i stedet for c-myc med lignende effektivitet. Nyere protokoller til fremkaldelse af pluripotens omgår disse problemer fuldstændigt ved hjælp af ikke-integrerende RNA-virale vektorer, såsom sendai-virus eller mRNA- transfektion.

Etisk debat

På grund af arten af ​​embryonale stamcelleforskning er der mange kontroversielle meninger om emnet. Da høst af embryonale stamceller nødvendiggør ødelæggelse af det embryo, hvorfra disse celler er hentet, kommer embryonets moralske status i tvivl. Nogle mennesker hævder, at den 5 dage gamle cellemasse er for ung til at opnå personlighed, eller at embryoet, hvis det doneres fra en IVF-klinik (hvor laboratorier typisk erhverver embryoner fra), ellers ville gå til medicinsk affald alligevel. Modstandere af ESC -forskning hævder, at et embryo er et menneskeliv, derfor er ødelæggelse det mord, og embryoet skal beskyttes under samme etiske opfattelse som et mere udviklet menneske.

Historie

  • 1964: Lewis Kleinsmith og G. Barry Pierce Jr. isolerede en enkelt celletype fra et teratocarcinom , en tumor nu kendt fra en kimcelle . Disse celler blev isoleret fra teratocarcinom replikeret og voksede i cellekultur som en stamcelle og er nu kendt som embryonal carcinoma (EC) celler. Selvom ligheder i morfologi og differentieringspotentiale ( pluripotens ) førte til brugen af ​​EC -celler som in vitro -modellen til tidlig musudvikling, rummer EC -celler genetiske mutationer og ofte unormale karyotyper, der akkumulerede sig under udviklingen af teratocarcinom . Disse genetiske afvigelser understregede yderligere behovet for at kunne dyrke pluripotente celler direkte fra den indre cellemasse .
Martin Evans afslørede en ny teknik til dyrkning af musens embryoner i livmoderen for at muliggøre afledning af ES -celler fra disse embryoner.
  • 1981: Embryonale stamceller (ES -celler) blev uafhængigt først afledt fra et musembryo af to grupper. Martin Evans og Matthew Kaufman fra Institut for Genetik, University of Cambridge, der først blev offentliggjort i juli, afslørede en ny teknik til dyrkning af musembryoner i livmoderen for at muliggøre en stigning i celletal, hvilket muliggjorde udledning af ES -celle fra disse embryoner . Gail R. Martin , fra Department of Anatomy, University of California, San Francisco , udgav sit papir i december og opfandt udtrykket "Embryonic Stem Cell". Hun viste, at embryoner kunne dyrkes in vitro, og at ES -celler kunne stammer fra disse embryoner.
  • 1989: Mario R. Cappechi, Martin J. Evans og Oliver Smithies offentliggør deres forskning, der beskriver deres isolation og genetiske modifikationer af embryonale stamceller, hvilket skaber de første " knockout -mus ". Ved oprettelsen af ​​knockout -mus gav denne publikation forskere en helt ny måde at studere sygdom på.
  • 1998: Et team fra University of Wisconsin, Madison (James A. Thomson, Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall og Jeffrey M. Jones) offentliggør en papir med titlen "Embryoniske stamcellelinjer stammer fra menneskelige blastocyster". Forskerne bag denne undersøgelse skabte ikke kun de første embryonale stamceller, men anerkendte deres pluripotens såvel som deres evne til selvfornyelse. Abstraktet i papiret bemærker opdagelsens betydning med hensyn til udviklingsbiologi og lægemiddelfund.
  • 2001: Præsident George W. Bush tillader føderal finansiering at støtte forskning i omkring 60 - på nuværende tidspunkt allerede eksisterende - linjer af embryonale stamceller. Da de begrænsede linjer, som Bush tillod forskning om, allerede var blevet etableret, understøttede denne lov embryonisk stamcelleforskning uden at rejse ethiske spørgsmål, der kunne opstå med oprettelsen af ​​nye poster under føderalt budget.
  • 2006: Japanske forskere Shinya Yamanaka og Kazutoshi Takashi offentliggør et papir, der beskriver induktion af pluripotente stamceller fra kulturer af voksne musefibroblaster . Inducerede pluripotente stamceller (iPSC'er) er en kæmpe opdagelse, da de tilsyneladende er identiske med embryonale stamceller og kan bruges uden at udløse den samme moralske kontrovers.
  • Januar, 2009: Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) giver godkendelse til Geron Corporation 's fase I-forsøg med deres embryonale stamcelleafledte behandling af rygmarvsskader . Meddelelsen blev mødt med spænding fra det videnskabelige samfund, men også med opmærksomhed fra stamcellemodstandere. Behandlingscellerne er imidlertid afledt af cellelinierne, der er godkendt under George W. Bushs ESC -politik .
  • Marts, 2009: Bekendtgørelse 13505 er underskrevet af præsident Barack Obama , hvorved den tidligere præsidentadministration fjernede de restriktioner, der blev indført på føderal finansiering af menneskelige stamceller. Dette ville give National Institutes of Health (NIH) mulighed for at yde finansiering til hESC -forskning. Dokumentet siger også, at NIH skal levere reviderede føderale finansieringsretningslinjer inden for 120 dage efter ordrenes underskrift.

Teknikker og betingelser for afledning og kultur

Afledning fra mennesker

In vitro -befrugtning genererer flere embryoner. Overskuddet af embryoner bruges ikke klinisk eller er uegnet til implantation i patienten og kan derfor doneres af donoren med samtykke. Menneskelige embryonale stamceller kan stamme fra disse donerede embryoner, eller de kan også ekstraheres fra klonede embryoner ved hjælp af en celle fra en patient og et doneret æg. Den indre cellemasse (celler af interesse), fra blastocyststadiet i embryoet, adskilles fra trophectoderm, cellerne, der ville differentiere sig til ekstra-embryonalt væv. Immunkirurgi, den proces, hvori antistoffer bindes til trophectoderm og fjernes med en anden opløsning, og mekanisk dissektion udføres for at opnå adskillelse. De resulterende indre cellemasseceller udplades på celler, der vil levere støtte. De indre cellemasseceller vedhæfter og ekspanderer yderligere for at danne en human embryonal cellelinje, som er udifferentierede. Disse celler fodres dagligt og separeres enzymatisk eller mekanisk hver fjerde til syv dag. For at differentiering kan forekomme, fjernes den humane embryonale stamcellelinie fra understøttende celler for at danne embryoide legemer, dyrkes sammen med et serum, der indeholder nødvendige signaler, eller podes i et tredimensionelt stillads for at resultere.

Afledning fra andre dyr

Embryonale stamceller stammer fra den indre cellemasse i det tidlige embryo , som høstes fra donorens moderdyr. Martin Evans og Matthew Kaufman rapporterede om en teknik, der forsinker embryoimplantation, så den indre cellemasse kan stige. Denne proces omfatter fjernelse af donormorens æggestokke og dosering med progesteron , ændring af hormonmiljøet, hvilket får embryonerne til at forblive frie i livmoderen. Efter 4-6 dage med denne intrauterine kultur høstes og dyrkes embryonerne in vitro- kultur, indtil den indre cellemasse danner "ægcylinderlignende strukturer", som dissocieres i enkeltceller og udplades på fibroblaster behandlet med mitomycin-c (for at forhindre fibroblast -mitose ). Klonale cellelinjer dannes ved at vokse op i en enkelt celle. Evans og Kaufman viste, at cellerne, der er vokset ud fra disse kulturer, kunne danne teratomer og embryoide kroppe og differentiere in vitro, hvilket alle indikerer, at cellerne er pluripotente .

Gail Martin afledte og dyrkede sine ES -celler forskelligt. Hun fjernede embryonerne fra donormoren cirka 76 timer efter kopulation og dyrkede dem natten over i et medium indeholdende serum. Den følgende dag fjernede hun den indre cellemasse fra den sene blastocyst ved hjælp af mikrokirurgi . Den ekstraherede indre cellemasse blev dyrket på fibroblaster behandlet med mitomycin-c i et medium indeholdende serum og konditioneret af ES-celler. Efter cirka en uge voksede kolonier af celler ud. Disse celler voksede i kultur og demonstrerede pluripotente egenskaber, som det fremgår af evnen til at danne teratomer , differentiere in vitro og danne embryoide kroppe . Martin omtalte disse celler som ES -celler.

Det er nu kendt, at fødercellerne tilvejebringer leukæmihæmmende faktor (LIF), og serum tilvejebringer knoglemorfogenetiske proteiner (BMP'er), der er nødvendige for at forhindre ES -celler i at differentiere. Disse faktorer er ekstremt vigtige for effektiviteten af ​​at udlede ES -celler. Desuden er det blevet påvist, at forskellige musestammer har forskellige effektiviteter til isolering af ES -celler. Nuværende anvendelser for mus -ES -celler omfatter frembringelse af transgene mus, herunder knockout -mus . Til human behandling er der behov for patientspecifikke pluripotente celler. Generering af menneskelige ES -celler er vanskeligere og står over for etiske spørgsmål. Så ud over menneskelig ES -celleforskning er mange grupper fokuseret på generering af inducerede pluripotente stamceller (iPS -celler).

Potentielle metoder til afledning af ny cellelinje

Den 23. august 2006 offentliggjorde onlineudgaven af Nature videnskabeligt tidsskrift et brev af Dr. Robert Lanza (medicinsk direktør for Advanced Cell Technology i Worcester, MA) om, at hans team havde fundet en måde at ekstrahere embryonale stamceller uden at ødelægge den faktiske Foster. Denne tekniske præstation ville muligvis sætte forskere i stand til at arbejde med nye linjer af embryonale stamceller, der er afledt ved hjælp af offentlig finansiering i USA, hvor føderal finansiering på det tidspunkt var begrænset til forskning ved hjælp af embryonale stamcellelinjer afledt før august 2001. I marts 2009, begrænsningen blev ophævet.

Menneskelige embryonale stamceller er også blevet afledt ved somatisk cellekerneoverførsel (SCNT) . Denne fremgangsmåde er også undertiden blevet omtalt som "terapeutisk kloning", fordi SCNT ligner andre former for kloning, idet kerner overføres fra en somatisk celle til en enukleret zygote. I dette tilfælde blev SCNT imidlertid brugt til at producere embryonale stamcellelinjer i et laboratorium, ikke levende organismer via en graviditet. Den "terapeutiske" del af navnet er inkluderet på grund af håbet om, at SCNT producerede embryonale stamceller kunne have klinisk nytte.

Inducerede pluripotente stamceller

IPSC -teknologien blev banebrydende af Shinya Yamanakas laboratorium i Kyoto , Japan , der i 2006 viste, at introduktionen af ​​fire specifikke gener, der koder for transkriptionsfaktorer, kunne omdanne voksne celler til pluripotente stamceller. Han blev tildelt Nobelprisen i 2012 sammen med Sir John Gurdon "for opdagelsen af, at modne celler kan omprogrammeres til at blive pluripotente."

I 2007 blev det vist, at pluripotente stamceller, der meget ligner embryonale stamceller, kan genereres ved levering af tre gener ( Oct4 , Sox2 og Klf4 ) til differentierede celler. Leveringen af ​​disse gener "omprogrammerer" differentierede celler til pluripotente stamceller, hvilket muliggør dannelse af pluripotente stamceller uden embryoet. Fordi etiske bekymringer vedrørende embryonale stamceller typisk drejer sig om deres afledning fra terminerede embryoner, menes det, at omprogrammering til disse "inducerede pluripotente stamceller" (iPS -celler) kan være mindre kontroversiel. Både humane og museceller kan omprogrammeres ved denne metode, der genererer både humane pluripotente stamceller og mus pluripotente stamceller uden embryo.

Dette kan muliggøre dannelse af patientspecifikke ES -cellelinjer, der potentielt kan bruges til celleerstatningsterapier. Derudover vil dette muliggøre generering af ES -cellelinjer fra patienter med en række forskellige genetiske sygdomme og vil give uvurderlige modeller til at studere disse sygdomme.

Som en første indikation på, at den inducerede pluripotente stamcelle (iPS) celleteknologi hurtigt kan føre til nye helbredelser, blev den imidlertid brugt af et forskerhold ledet af Rudolf Jaenisch fra Whitehead Institute for Biomedical Research i Cambridge , Massachusetts , til helbrede mus for seglcelleanæmi , som rapporteret af Science journalens online udgave den 6. december 2007.

Den 16. januar 2008 annoncerede en Californien-baseret virksomhed, Stemagen, at de havde skabt de første modne klonede menneskelige embryoner fra enkelte hudceller taget fra voksne. Disse embryoner kan høstes til patientmatchende embryonale stamceller.

Kontaminering med reagenser, der anvendes i cellekultur

Onlineudgaven af Nature Medicine offentliggjorde en undersøgelse den 24. januar 2005, hvori det fremgik, at de menneskelige embryonale stamceller, der er tilgængelige til føderalt finansieret forskning, er forurenet med ikke-humane molekyler fra dyrkningsmediet, der bruges til at dyrke cellerne. Det er en almindelig teknik at bruge museceller og andre dyreceller til at opretholde pluripotensen af ​​aktivt delende stamceller. Problemet blev opdaget, da ikke-human sialinsyre i vækstmediet viste sig at kompromittere de potentielle anvendelser af de embryonale stamceller hos mennesker, ifølge forskere ved University of California, San Diego .

En undersøgelse offentliggjort i online-udgaven af Lancet Medical Journal den 8. marts 2005 detaljerede oplysninger om en ny stamcellelinje, der blev afledt fra menneskelige embryoner under fuldstændig celle- og serumfrie forhold. Efter mere end 6 måneders udifferentieret spredning demonstrerede disse celler potentialet til at danne derivater af alle tre embryonale kimlag både in vitro og i teratomer . Disse egenskaber blev også med succes opretholdt (i mere end 30 passager) med de etablerede stamcellelinjer.

Se også

Referencer

eksterne links