一个单细胞的突破

人类的肠道是一个了不起的事情。每周肠道重新生成一个新的内衬,脱落面积相当于一个公寓和翻新的新细胞。几十年来,研究人员已经知道,党负责这种极端改造是肠道干细胞,但直到今年,斯科特•格尼斯博士,副教授医学、细胞生物学和生理学,生物医学工程,想出了一种方法来隔离和种植成千上万的这些难以捉摸的细胞在实验室。现在这个高通量技术进步将使科学家能够研究干细胞生物学和探索炎性肠道疾病的起源,肠道癌症,和其他胃肠道功能紊乱。

但这并不容易。

向前一步。

当他和他的团队开始使用肠道干细胞几年前,他们很快就发现自己处于困境中。他们的第一个技术涉及到使用特定的分子或干细胞表面标志,以确保他们可以区分从其他肠道干细胞细胞。

然后他的团队将鱼只能从肠道干细胞组织和细胞生长在培养皿。但是有一个问题。即使所有的孤立的细胞有相同的干细胞标记,每100人中只有一个能自我更新和分化成特殊细胞像一个典型的干细胞。(干细胞衍生的细胞,有专门的功能所必需的任何器官正常工作。)

”这个问题是:为什么不99人会表现出干细胞的特征?”他说。“我们认为这是可能是因为他们不都是一样的,就像每个人都叫朱迪看起来不一样。有各种各样的差异,我们已经认定这些细胞都是一样的在此基础上一个名字,这个分子标记。这是一个问题。但解决这个问题的唯一途径我们可以研究这些细胞观察肠道干细胞在单细胞水平,这是史无前例的。”

他是越来越大比例的研究人员认识到,许多生物过程潜在的健康和疾病是由一小部分构成了人体的37万亿个细胞。单个细胞可以补充老化的组织,开发耐药,成为病毒感染的车辆。然而这些奇异的影响演员往往错过了在生物研究关注池的数量成千上万的看似“相同”的细胞。

区分真正的肠道干细胞和他们如此相似的细胞需要隔离成千上万的干细胞和跟踪每个细胞的行为。但他不知道如何完成这一壮举。进入南希Allbritton博士的主席UNC / NCSU联合生物医学工程系。这两位教授一天会面,讨论他加入生物医学工程部门作为一个兼职教员。和他们讨论这个问题。格尼斯并加入。但会议很快就变成了合作。

Allbritton的领域的专长之一是精密加工——挤压大型设备的能力成非常小的足迹。他们的会议期间,Allbritton给他看她的最新创作,一个设备比信用卡点缀着小15000小水井培养细胞。

“这就像一个灯泡了,我意识到我在看十亿我们的问题的答案,”他说。

微的魔法

每个microwell一样厚的一缕头发。通过将单个干细胞microwells,亚当Gracz格尼斯和他的博士后,博士可以观察这些细胞被称为mini-guts成长为全面发展的组织结构。每个microwell可以印有一个特定的地址,可以让研究人员追踪干细胞是按预期的行为和那些没有。

Allbritton的实验室提出了另一个功能在与他的合作团队。如果研究人员决定他们想研究一个特定的mini-gut进一步,他们可以利用一个特殊的工具称为microwand流行出磁化,分别组织生长或提取DNA的遗传分析。

新技术旨在帮助肠道干细胞生物学机制的解剖人员和调查为什么有些细胞比其他人表现不同。它还可以帮助科学家探索细胞的社区或“利基”可能影响细胞的行为。这是很重要的,因为在实际的肠道中,干细胞在真空中不存在;他们包围几乎一打其他细胞类型,包括其他上皮细胞、免疫细胞、肌肉细胞、神经细胞。新技术允许他的实验室混合不同的细胞类型和文化一起,看看会发生什么,当这些细胞彼此住在很近。

细胞精密医学

例如,上皮细胞称为Paneth细胞已经被证明能够支持肠道干细胞的生长。Gracz决定使用新技术来测试假设在附近Paneth细胞越多,干细胞会变得越好。他检查了成千上万的井Paneth和干细胞培养在一起,他惊奇地发现,Paneth细胞的数量似乎并没有影响干细胞生长。

然而,当Gracz近距离观察时,他发现,肠道干细胞的触摸Paneth细胞确实有一种生存优势那些没有触摸Paneth细胞,表明细胞间直接接触被要求提供支持。

这些研究结果发表在《自然细胞生物学》期刊上。

“这个平台我们可以回去和测试实验提出了一些假说,在文献中,“Gracz说。“我们已经能够做到这一点的方式是不可能的。这种方法的最重要的部分是,它允许我们越陷越深的科学肠道与越来越多的决议。我们能够看到和学习,尤其是当它们与人类健康和疾病,比之前更大程度。”

研究人员说,这项新技术还可以适用于细胞来自其他组织,如乳腺癌、胰腺、或任何其他身体的一部分。一天,精密的技术可能成为医学方法在单个干细胞的行为指标的个体对特定药物的反应。

“大主意新兴生物学中很酷但混杂叫做特性转化,认为不同的行为一个器官的组成部分驱动器官的一个集体行为作为一个整体,“Gracz说。“所有的干细胞可能会做不同的事情,然后让你的身体运行的结果希望总是一样的。”

他补充道,“这样的单细胞技术允许我们解剖特性转化,把它分开,然后我们可以把一切都复原理解疾病比我们现在做的。和理解疾病更好的让我们想出更好的治疗病人。”

的药,他是胃肠病学和肝脏病学部门的一部分。本研究通过资助来自美国国立卫生研究院,UNC中心胃肠生物学和疾病,以及大学癌症研究基金会。