新发现突出的承诺嵌合生物科学和医学

2017年1月26日

新发现突出的承诺嵌合生物科学和医学

索尔克科学家推进干细胞和基因编辑技术来帮助研究人员研究进化和疾病,可能测试治疗药物和生长移植器官

2017年1月26日

LA JOLLA-Rapid进步培养细胞的能力,组织和器官的一个物种在不同物种的生物提供了一个前所未有的机会,解决长期存在的科学奥秘和解决紧迫的人类健康问题,尤其对移植器官和组织的需要。

在一个绝技2017年发表在1月26日,《华尔街日报》的问题细胞索尔克研究所的科学家们报告的突破,在多个领域的干细胞从一个物种融入的早期发展。

结合先进的基因编辑和干细胞技术,科学家们能增加大鼠胰腺,心脏和眼睛在发展中鼠标,提供功能器官的概念从一个物种可以生长在另一个地方。他们也能够产生人类细胞和组织在早期猪和牛胚胎,标志着第一步生成可移植的人体器官使用大型动物的器官大小、生理学和解剖学类似于人类。

然而,科学家发现,完全集成来自不同物种的细胞可能更困难比结合细胞从老鼠和老鼠进化更接近的亲戚。

“我们的发现可能提供希望推进科学和医学研究提供了前所未有的能力胚胎早期发育和器官的形成,以及潜在的医疗治疗新途径,”索尔克教授说胡安•卡洛斯Izpisua Belmonte论文的资深作者和这个领域的知名专家。“我们已经表明,精确定位技术可以允许从一个物种有机体产生特定的器官组成的细胞从另一个物种。这为我们提供了一个重要的工具,研究物种进化生物学和疾病,并可能导致最终用于移植的人体器官生长的能力。”

一种间嵌合体包含来自不同物种的细胞是有机体。“嵌合体”一词最初描述的神话生物或神灵多神教的宗教。在科学、种间嵌合体已成为有价值的基本研究工具与潜在的未来的临床应用。在2015年发表的一项研究自然,Izpisua Belmonte小组报告的第一个成功的尝试完全整合人类多能干细胞不能存活的小鼠胚胎,所以人类细胞开始发展成非常早期的组织。

科学家们一直希望利用干细胞种植替代器官的病人在实验室里,但是这已经被证明具有挑战性,因为从头开始重建动物的生理的复杂性。索尔克早些时候的研究打开了一扇门新选择:使用一个嵌合体动物宿主生长人体组织和器官。研究也打开一个新窗口进入人类和动物的早期发展,提供一种新的方法来研究这个复杂的发育程序编排细胞如何形成许多身体的组织和器官。

新细胞论文报告如何Izpisua Belmonte团队扩大早期工作,详细的各种实验Belmonte实验室进行了推进技术。

在一个实验中,他们使用小鼠胚胎的基因编辑技术称为CRISPR-Cas9关闭基因使胰腺。然后插入鼠多能干细胞,它包含一个完整的胰腺基因,到每个老鼠胚胎。一旦植入代孕母亲鼠标,胚胎发达normally-except每个鼠标是日益增长的大鼠胰腺。这一成功领导团队尝试种植其他老鼠,老鼠的器官包括眼睛和心脏。

令人惊讶的是,他们还发现,老鼠多能干细胞生成一个胆囊鼠标,不存在在老鼠身上的一个器官。“我们的啮齿动物实验揭示了一个深刻的秘密,一个发展中鼠标打开胆囊鼠细胞发育程序通常是隐含在老鼠的发展过程中,“吴小君说,索尔克员工科学家和作者以前的和新文件。“这突显出宿主环境的重要性在控制器官发展与进化的物种形成。”

吴表示,与小鼠和大鼠的实验还表明,越来越多的人体器官移植的动物实际上可能是可能的。“每个鼠标是健康和正常的寿命,这表明,开发正常进行。”

是不实际的人体器官在小鼠或大鼠生长,然而,由于啮齿动物只是太小,发展不同。在其他的实验中,团队变成了猪的器官大小和发育时间尺度更类似于我们的。后产生几种不同类型的人类诱导多能干细胞(iPS)细胞,科学家们最有前途的类型插入猪胚胎并成功与胚胎植入母猪。研究人员停止实验4周为了评估技术的安全性和有效性。

一些表明,人体细胞在胚胎开始专业化,变成组织前兆,虽然成功率和猪的人类“诱导多能性”细胞的贡献水平远低于对小鼠胚胎含有鼠细胞。

结果代表的第一个成功的尝试将人类“诱导多能性”细胞整合到一个大型动物物种,并可能产生深入了解人类疾病开始和进展以及药物毒性试验提供了新的平台。科学家们强调,这项研究仍处于早期阶段和重大挑战仍然是发展医学疗法基于技术。

“当然,嵌合研究的最终目标是学习我们是否可以使用干细胞和基因编辑技术来生成基因匹配的人体组织和器官,我们非常乐观,继续将导致最终成功,“说Izpisua Belmonte。”,但在这个过程中我们获得更好的理解物种进化以及人类胚胎发生和疾病,很难得到在其他方面。

未来的工作将包括继续了解的局限性让人类细胞成功地合并到动物。

其他作者包括:Aida普拉特罗Luengo, Masahiro樱井,Atsushi Sugawara Takayoshi山内,铃木Keiichiro马里亚纳莫拉莱斯瓦伦西亚,Daiji时候,Jingping罗难以Hishida, Emi铃木鸽子Martinez-Redondo,亚历杭德罗奥坎波,Pradeep Reddy,康塞普西翁·罗德里格斯Esteban和w·特拉维斯伯格伦索尔克研究所;Maria Antonia吉尔克里斯蒂娜·Cuello Inmaculada高潮,克里斯蒂娜·a·马丁内斯Alicia Nohalez乔迪罗卡的埃米利奥•a .马丁内斯穆尔西亚大学校园de Espinardo;Marcela Vilarino Yanina孤独Bogliotti,迪莉娅索托,会理,伊丽莎白·a·米加和巴勃罗胡安·罗斯的加州大学戴维斯分校;索尼娅·桑切斯大草原马丁内斯,爱丝特雷娜Nunez和Jeronimo Lajara天主教大学圣安东尼奥·德·穆尔西亚;Guillen Guillen伊莎贝尔和佩德罗我们先涛公司Fundacion guilen佩德罗;和约瑟m . Campistol的巴塞罗那医院诊所。

这项工作是由Fundacion塞内加的;加州大学戴维斯分校、学术参议院新的科研补助金;天主教大学圣安东尼奥·德·穆尔西亚大学;Guillen Fundacion佩德罗博士;的哈罗德和莱拉y拿到慈善基金会;和勇气基金会。