Технологии получения и перспективы применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в персонифицированной (персонализированной) медицине | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Технологии получения и перспективы применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в персонифицированной (персонализированной) медицине / В. А. Абаева, Р. М. Абдуллаев, М. В. Агаева [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 50 (340). — С. 373-374. — URL: https://moluch.ru/archive/340/76426/ (дата обращения: 03.03.2021).



Ключевые слова: индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, дифференцировка, соматические и эмбриональные стволовые клетки.

Открытие генов, отвечающих за свойства ЭСК, присутствующих во всех соматических клетках организма, но находящихся в неактивном состоянии привело к созданию методов перепрограммирования соматических клеток в плюрипотентные. Понимание этого и появление методов воздействия на гены внутри живой клетки привели к идее выявить гены, необходимые и достаточные для поддержания клетки в плюрипотентном состоянии. Исследования велись с целью выяснения возможности перевода «спящих» генов в активное состояние. [1]

Благодаря научным открытиям, совершенным в XXI веке, ученые разработали способ получения ИПСК путем перепрограммирования генома дифференцированных клеток.

Синья Яманака вместе со своей командой получили ИПСК из обычных соматических в 2006 году. Данные клетки были такими же плюрипотентными пролиферативными, как и эмбриональные стволовые клетки. В основе превращения лежало то, что через генетический аппарат соматической клетки можно искусственно «отключить» программу дифференциации. [2]

Техники перепрограммирования.

Выделяют два основных метода: интегративный и неитегративный

Интегративный. Первые линии ИПСК были получены методом трансдукции факторов OSKM с помощью ретровирусного вектора в мышиные фибробласты. Суть метода состоит в том, что гены, кодирующие факторы OSKM, были интегрированы в геном модифицированного ретровируса, и этим вирусом «заражались» фибробласты. Геном вируса встраивался в геном фибробластов, и гены факторов OSKM начинали экспрессироваться в клетках. Запускался каскад биохимических реакций, которые превращали клетку с нулевой потенцией в индуцированную плюрипотентную клетку. И это превращение было подтверждено строгим скринингом 24 факторов, связанных с плюрипотентностью. Эффективность перепрограммирования клеток человека составляет от 0,01 до 0,02 %.

OCT4 является ядерным транскрипционным фактором семейства POU, который играет критическую роль в самообновлении и плюрипотентности. На начальных этапах эмбрионального развития в плюрипотентных клетках OCT4 и SOX2 функционируют совместно, стимулируя транскрипцию нескольких генов-мишеней, включая NANOG, FGF-4, UTFl, FBX15, microRNA-302 и даже самих SOX2 и OCT4. Сверхэкспрессия транскрипционных факторов OCT4, SOX2 и C-MYC также может обеспечивать приобретение клетками плюрипотентности. [3]

Неитегративные методы

– Метод получения ИПСК из стромальных клеток жировой ткани человека при использовании невирусных векторов, содержащих миникольце-вую ДНК с кассетой генов Lin28, Nanog, Sox2, 0^4 и ОЕР (зеленый флуоресцентный белок), имел эффективность трансдукции около 0,005 %

– Использование эписомальных плазмид, которые применяются для получения ИПСК из пуповинной крови и клеток периферической крови. В этом методе используются специально сконструированные плазмиды, содержащие элементы, например EBNA1/OriP, позволяющие экспрессию привнесенных генов без встраивания в геном клетки, а также размножение плазмиды и передачу ее дочерним клеткам при делении. Для трансфекции может одновременно использоваться несколько плазмид, содержащих отдельные гены OSKM, либо одна плазмида со всем набором генов.

– Неинтегративные методы без использования ДНК. Одноцепочечная РНК вируса Сендай является привлекательной альтернативой плазмидам на основе ДНК для получения индуцированных стволовых клеток, поскольку геномный материал не проникает в ядро клетки-хозяина, не встраивается в геном хозяина и может быть легко удален методом негативной селекции антителами.

– Другой способ избежать введения чужеродного генетического материала в геном перепрограммируемых клеток состоит в использовании микро-РНК (микро-РНК-трансфекция). Микро-РНК представляют собой один из ключевых регуляторов экспрессии генов при установлении и поддержании уникальных клеточных типов. Было определено, что несколько классов микро-РНК высоко специфично экспрессируются в ЭСК и регулируются основными факторами транскрипции Oct4, Sox2 и Klf4.

– Современные альтернативные методы:

Искусственные хромосомы; использование рекомбинантных репрограммирующих белков; использование смесей («коктейлей») низкомолекулярных соединений для получения ИПСК; антитела, которые связываются с белками на поверхности зрелых клеток.

Преимущества ИПСК

Нет этических ограничений; имеют нормальный кариотип и экспрессируют маркерные гены плюрипотентности — как и ЭСК; в перспективе могут быть получены рутинными методами из клеток любого пациента, что снижает проблемы иммунологической гистосовместимости; огромный потенциал в науке и медицине нового времени

Недостатки ИПСК

Длительное образование; низкий выход ИСПК, получаемый из первичных культур клеток (~1 %); нет 100 % идентичности с ЭСК; не до конца изучены; недостаточность долговременных испытаний; репрограммирование может быть неполным или вызывать мутации; ИПСК могут дифференцироваться не во все типы клеток; не все ИПСК являются хорошими моделями для изучения болезней

Перспективы ИПСК:

Понимание опухолевого процесса; лечение аутоиммунных заболеваний; трансплантация органов; изучение дегенеративных заболеваний ЦНС; развитие медицины регенерации; ИПСК клетки способны уничтожить раковую опухоль.

Литература:

  1. http://sibmed.net/article/612/snmzh_4–2018_korel__i_dr.pdf
  2. https://thepresentation.ru/medetsina/stvolovye-kletki-6
  3. https://vk.com/@geneticengineering-faktory-yamanaka
Основные термины (генерируются автоматически): OSKM, клетка, ген, C-MYC, NANOG, POU.


Ключевые слова

индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, дифференцировка, соматические и эмбриональные стволовые клетки
Задать вопрос