معلومة

هل الخلايا الجذعية لا تحتوي على الابيجينوم؟

هل الخلايا الجذعية لا تحتوي على الابيجينوم؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

حتى الآن اعتقدت أن الخلايا الجذعية الجنينية ليس لها إبيجينوم لأنها متعددة القدرات. (اعتقدت أنه نظرًا لأن الإبيجينوم هو ما يعطي الخلية هويتها ، فلا توجد هوية خلوية تعني عدم وجود إبيجينوم) رأيت شيئًا مشابهًا لهذا في صفحة ويكيبيديا هذه. بعد الإخصاب ، يتم إزالة الميثيل من جينومات الأب والأم من أجل محو التوقيعات اللاجينية واكتساب القدرة الكاملة .. تشير مصادر أخرى إلى "إعادة التعيين" بدلاً من "المحو". تقترح هذه الورقة بالأحرى أن الخلايا الجذعية لديها إبيجينوم. على وجه التحديد ، يتم إسكات الجينات المرتبطة بالتجديد الذاتي ، بينما تخضع الجينات الخاصة بنوع الخلية لتنشيط النسخ أثناء التمايز .. أنا لست متعلمًا في علم الأحياء ، يرجى المعذرة إذا ارتكبت خطأ.


لذلك هناك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار.

  1. لا يعني متعدد القدرات أن جميع الجينات نشطة. هذا يعني أن الخلايا الجذعية لديها القدرة على تكوين أنواع مختلفة من الخلايا. ومع ذلك ، فإنه لا يزال بحاجة إلى إبقاء البرنامج الخلوي للخلايا العصبية صامتًا على سبيل المثال. لذلك لا يزال الإبيجينوم موجودًا لإبقاء البرامج الأخرى من نوع الخلية صامتة حتى يكون هناك انتقال.

  2. إن مثيلة الحمض النووي ليست المصدر الوحيد لعلم التخلق. تتوافق الجينات النشطة وغير النشطة أيضًا مع تعديلات معينة بعد الترجمة على ذيول بروتينات الهيستون. في الخلية ، يتم لف الحمض النووي حول الهستونات لتشكيل ما يعرف بالكروماتين.

آمل أن تكون هذه نقطة انطلاق للإجابة على سؤالك


تسلسل الخلية الواحدة في بيولوجيا الخلايا الجذعية

يعد التباين والتباين من خلية إلى أخرى من الخصائص الأساسية والجوهرية لمجموعات الخلايا الجذعية ، ولكن يتم إخفاء هذه الاختلافات عند استخدام الخلايا السائبة للتحليل النومي. تعمل تقنيات التسلسل أحادية الخلية كأدوات قوية لتشريح التباين الخلوي بشكل شامل ولتحديد أنواع الخلايا المظهرية المتميزة ، حتى داخل مجموعة الخلايا الجذعية "المتجانسة". تطورت هذه التقنيات ، بما في ذلك تقنيات تسلسل الجينوم أحادي الخلية والإبيجينوم والنسخة ، بسرعة في السنوات الأخيرة. أدى تطبيق هذه الأساليب على أنواع مختلفة من الخلايا الجذعية ، بما في ذلك الخلايا الجذعية متعددة القدرات والخلايا الجذعية الخاصة بالأنسجة ، إلى اكتشافات جديدة مثيرة في مجال الخلايا الجذعية. في هذه المراجعة ، نناقش التقدم الأخير بالإضافة إلى وجهات النظر المستقبلية في منهجيات وتطبيقات تقنيات تسلسل omic أحادية الخلية.


60 عاما اللغز العلمي حل

على مدار الستين عامًا الماضية ، تمكن العلماء من ملاحظة كيف ومتى تم تكرار المعلومات الجينية ، وتحديد وجود "برنامج توقيت النسخ المتماثل" ، وهي عملية تتحكم في متى وبأي ترتيب تتكاثر أجزاء من الحمض النووي. ومع ذلك ، لا يزال العلماء غير قادرين على تفسير سبب وجود مثل هذا التسلسل الزمني المحدد. في دراسة نشرت اليوم في علم، لقد أجاب الدكتور ديفيد جيلبرت وفريقه على هذا السؤال البالغ من العمر 60 عامًا.

"لماذا تهتم الخلايا بالترتيب الذي تقوم به بتكرار الحمض النووي؟" سأل رئيس العلماء الدكتور جيلبرت. "بعد كل شيء - تحتاج جميع الخلايا إلى استنساخ كل حمضها النووي. كانت فرضيتنا أنه ليس الحمض النووي فقط هو الذي يتكاثر ، ولكن كل الجزيئات التنظيمية التي تقرأ الحمض النووي تتكاثر أيضًا." افترض الدكتور جيلبرت كذلك أنه قد يكون هناك غرض وراء برنامج توقيت النسخ المتماثل والعملية لأن "الطبيعة الأم لن تضيع هذه الفرصة للتحكم في كيفية قراءة الحمض النووي."

يوضح الدكتور جيلبرت أن "الوقت الذي تقوم فيه بالنسخ المتماثل يوفر وقتًا مثاليًا لاختيار ما إذا كنت تريد الحفاظ على جميع العوامل التنظيمية والاستمرار في نفس التفسير الوظيفي للمعلومات الموجودة في الحمض النووي أو تغييره لاستنباط وظائف جديدة".

على مدى السنوات الـ 13 الماضية ، أظهر الدكتور جيلبرت وفريقه أن كل نوع من الخلايا له برنامج توقيت تكرار فريد وأن الخلايا المريضة لها تعديلات مميزة في البرنامج. في هذه الدراسة ، نظر الدكتور جيلبرت وفريقه في كيفية تأثير التغييرات في برنامج توقيت النسخ على تعبئة الحمض النووي مع عوامله التنظيمية ، والمعروفة مجتمعة باسم الإبيجينوم. الإيبيجينوم عبارة عن عوامل تنظيمية يعتقد أنها تتحكم في "هوية" الخلية والوظائف التي ستؤديها الخلية.

من خلال القضاء على بروتين يسمى RIF1 ، والذي يساعد على تنظيم تكرار الحمض النووي ، وجدوا أن برنامج النسخ كان شديدًا وفي بعض الأحيان ، اختفى تمامًا تقريبًا بحيث تتكاثر جميع أجزاء الكروموسومات في أوقات مختلفة في خلايا مختلفة. بدون RIF1 ، إذا مُنعت الخلايا من تكرار الحمض النووي ، فإن الإيبيجينومات الخاصة بها تكون جيدة. ومع ذلك ، بمجرد أن يبدأ الحمض النووي في التكاثر ، أصبحت الجزيئات التنظيمية المرتبطة بالحمض النووي مندمجة بشكل غير صحيح وتزداد سوءًا مع كل جولة من تكرار الحمض النووي. في النهاية ، تم أيضًا تغيير الطي ثلاثي الأبعاد للكروموسومات.

يقترح الدكتور جيلبرت أنه عندما يتم تعطيل الإيبيجينوم عن طريق تغيير برنامج توقيت النسخ ، قد لا تؤدي الخلايا وظائفها الطبيعية ، أو قد تؤدي وظائف غير مناسبة. قد يكون لهذه الوظائف غير المناسبة تأثير كبير وسلبي على صحة الشخص.

يقول الدكتور جيلبرت: "لقد أظهرنا نحن وآخرون سابقًا أن البرنامج قد تغير في العديد من الأمراض". "أظهر مختبرنا مؤخرًا أنماطًا محددة للتوقيت المتغير والتي ارتبطت إحصائيًا بالنتائج السيئة في سرطان الدم لدى الأطفال ، وفي دراسة أخرى لأمراض الشيخوخة المبكرة."

وبالتالي ، فإن برنامج توقيت النسخ المتماثل يوفر نوعًا جديدًا تمامًا من المسارات الجزيئية والعلامات الحيوية التي تؤدي إلى حالات المرض وتحديدها. قد يؤدي هذا إلى تشخيصات مبكرة وتوقعات أكثر دقة للمرضى.

بينما أجاب عمل الدكتور جيلبرت على سؤال واحد مهم ، فإنه لا يخطط للتوقف هنا. "نعتقد أن الإبيجينوم. ليس ضروريًا [فقط] للخلية للحفاظ على هويتها ، لكننا نفترض أنه من الأهمية بمكان أن تتحول الخلايا إلى أنواع خلايا أخرى."

يعد اختبار هذه الفرضية أمرًا بالغ الأهمية لمجالات أبحاث الخلايا الجذعية والتطبيق العلاجي للخلايا الجذعية. يستخدم الدكتور جيلبرت حاليًا الخلايا الجذعية البشرية لاختبار كيفية تأثير توقيت التكاثر المعطل على تطور هذه الخلايا إلى خلايا الكبد وخلايا القلب والخلايا العصبية. ستوفر نتائج هذه الدراسة معلومات قيمة لدراسات صحة الإنسان والأمراض في المستقبل.

سيصدر هذا البحث في عدد 23 أبريل 2021 من المجلة علم، نشر AAAS ، مجتمع العلوم ، أكبر منظمة علمية في العالم.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


الخلايا الجذعية والشيخوخة - ماذا يحدث عندما تتقدم الخلايا الجذعية لدينا وتتعب؟

الشيخوخة عملية حتمية ومثيرة للأعصاب تواجهنا جميعًا. في النهاية ستضعف عضلاتنا وأجهزتنا المناعية ، ويصبح شعرنا رقيقًا ، وستصبح عقولنا حادة كما كانت من قبل. لكن ما هي البيولوجيا التي تقوم عليها هذه العملية؟ وماذا لو استطاعت التطورات في مجال الطب التجديدي مواجهة هذا التدهور والتخفيف من أعراض الشيخوخة؟

هل خلايانا الجذعية تتقدم في العمر كما نفعل؟

لا تعتبر الجسد كيانًا منفردًا بل كعدد ديناميكي من الخلايا تنمو وتتغير وتموت وتولد. تقوم هذه الخلايا بتكوين وتجديد الأجسام والأنسجة والأعضاء ، وتعمل في تناسق وتتواصل بطرق رائعة للحفاظ على الجسم في حالة عمل جيدة. في العديد من الأنسجة ، تكون الخلايا الجذعية البالغة هي السبب الجذري لهذه العملية ، وهي مكلفة بإمداد الخلايا للحفاظ على وظيفة الأنسجة الطبيعية وتسهيل التجدد استجابة للإصابة. من المنطقي إذن أن نفترض أنه مع تقدم أجسادنا في السن وبدء أعضائنا وقدراتنا في التدهور ، يجب أن تخذلنا الخلايا الجذعية.

في الواقع ، تم إجراء الكثير من الأبحاث للكشف عن ما يحدث للخلايا الجذعية مع تقدم العمر. على سبيل المثال ، الخلايا الجذعية المكونة للدم ، والتي تنتج جميع خلايا الدم والجهاز المناعي ، تزداد في الواقع في عدد البالغين المتقدمين في السن. لسوء الحظ ، فإن التوسع في أرقام الخلايا هو لتعويض الخسارة الإجمالية في الوظائف. في النهاية ، يتم إنتاج عدد أقل من خلايا الدم البيضاء ، مما يساهم في ضعف جهاز المناعة وتقليل المقاومة للأمراض والالتهابات لدى كبار السن.

ماذا عن الخلايا الجذعية في أدمغتنا؟

تركز إحدى طرق البحث الرائعة على ما يحدث للخلايا الجذعية في الدماغ مع تقدمنا ​​في العمر. حتى الستينيات من القرن الماضي ، كان يُعتقد أننا ولدنا مع تزويدنا بخلايا الدماغ طوال حياتنا. تم كسر هذه العقيدة من خلال اكتشاف الخلايا الجذعية العصبية (NSCs) ، التي توجد في مناطق معينة من الدماغ. نحن نعلم الآن أن NSCs لديها القدرة على إنتاج الخلايا الدبقية وبعض أنواع الخلايا العصبية في ظروف معينة. مع تقدم الخلايا العصبية في العمر ، تتناقص قدرتها على تجديد خلايا الدماغ المفقودة أو التالفة ولديها انخفاض كبير في عدد الخلايا العصبية التي يمكن أن تولدها.

لحسن الحظ ، فإن ظهور التكنولوجيا لتحديد وعزل هذه NSCs يعني أنه يمكننا دراسة كيف تتغير مع تقدمهم في العمر ، وبتسلحهم بهذه المعرفة ، نبدأ في ابتكار طرق لوقف أو عكس عملية الشيخوخة. توفر الأبحاث المنشورة مؤخرًا من مجموعة في جامعة ستانفورد رؤى جديدة رائعة. باستخدام نموذج فأر ، قام الفريق بالتحقيق في الاختلافات في NSCs بين الفئران الصغيرة والكبيرة ووجدوا أنه مع تقدم العمر في NSCs فإنها تقوم بعمل ضعيف في إزالة البروتينات المكسورة التي يمكن أن تتداخل مع الوظائف الطبيعية للخلايا. تمتلك NSCs المسنين تراكمًا متزايدًا لمجموعات البروتين ، أو كتل من البروتينات المكسورة. هذا مذهل لأن عددًا من الأمراض التنكسية العصبية المرتبطة بالعمر ، مثل مرض الزهايمر ورسكووس ومرض باركنسون ورسكووس ، ترتبط بتراكم البروتينات التي يمكن أن تسد خلايا الدماغ وتتسبب في تعطلها أو موتها.

اكتشف الباحثون أن عدم قدرة NSCs المسنين على إزالة البروتينات المكسورة يضعف تنشيطها وإنتاج خلايا عصبية جديدة. ووجدوا في الدراسة أن التحفيز المصطنع لنظام إزالة البروتين في NSCs المسنين أعطاهم فرصة جديدة للحياة ، واستعادة قدرتهم على توليد الخلايا العصبية ، وزيادة عدد NSCs النشطة في أدمغة الفئران المسنين. يعزز هذا النوع من الأبحاث الأساسية فهمنا لبيولوجيا الشيخوخة ويوفر الأساس العلمي للعلاجات الجديدة المحتملة التي يمكن أن تحسن صحة الناس و rsquos في سن الشيخوخة.

هل يمكننا معالجة الشيخوخة؟

على الرغم من أن معظم الأبحاث بعيدة عن العيادة ، إلا أنه يتم تطوير عقاقير جديدة لديها القدرة على علاج الأمراض التنكسية المرتبطة بالعمر ، وبعضها من خلال تعزيز تجديد الخلايا الجذعية. سوف يستغرق الأمر وقتًا وتجارب سريرية مضبوطة لتحديد سلامة وفعالية هذه العلاجات. في غضون ذلك ، تقوم بعض الشركات بجمع وتجميد الخلايا الجذعية الفتية ، على أمل أن تكون الخلايا مفيدة في المستقبل وأن تكون قادرة على تأخير الشيخوخة أو عكس مسارها. في حين أن هذا قد يبدو جذابًا ، في الوقت الحالي ، & ldquo [ر] لا توجد طريقة لتمديد حياة أي شخص بالخلايا الجذعية ، & rdquo كما قال الرئيس السابق لـ ISSCR شون موريسون في مقابلة حديثة ، ويجب على المستهلكين توخي الحذر حتى إجراء مزيد من الدراسات .

دراسة شيخوخة الخلايا الجذعية هي مجال بحثي في ​​طليعة الابتكارات الطبية الحيوية. مع التقدم التدريجي ، تكتشف مجموعات البحث حول العالم بيولوجيا لماذا وكيف تتدهور وظيفة الخلايا الجذعية مع تقدم العمر. الأمل هو أن تتم ترجمة هذا البحث الأساسي يومًا ما إلى علاجات تعزز صحة ونوعية الحياة للأجيال القادمة.

شكر خاص لـ Edie Crosse ، طالبة الدكتوراه في مركز MRC للطب التجديدي ، جامعة إدنبرة ، على منشور المدونة الضيف هذا.

[short-box image = "/ wp-content / uploads / 2018/10 / promo-webcasts.jpg" title = رابط "نشرات الويب المميزة عند الطلب" = "mailto: [email protected]"] البث الشبكي غير متاح حاليًا أثناء انتقالنا إلى نظام أساسي آخر. نعتذر عن الإزعاج. يرجى الاتصال بـ Jack Mosher إذا كان لديك أي أسئلة.

فهم الاستخدام السريري لـ "MSCs"
ميجان مونسي ، جامعة ملبورن ، دكتور مارك يونغ ، جامعة كوينزلاند ومعهد كوينزلاند للتكنولوجيا

وقف فقدان الرؤية: الرؤية إيمان
الدكتور بيتر كوفي ، معهد طب العيون بجامعة كوليدج لندن وجامعة كاليفورنيا ، مركز سانتا باربرا لبيولوجيا وهندسة الخلايا الجذعية.

الطب التجديدي والعين
الدكتور بريان باليوس ، جامعة تورنتو

جهود الطب التجديدي للمحاربين الجرحى
الدكتور أنتوني أتالا ، معهد ويك فورست للطب التجديدي


ثالثا. أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية

يمكن اشتقاق خطوط الخلايا الجذعية متعددة القدرات من كتلة الخلايا الداخلية للكيسة الأريمية التي يبلغ عمرها من 5 إلى 7 د. ومع ذلك ، فإن أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESC) مثيرة للجدل أخلاقيا وسياسيا لأنها تنطوي على تدمير الأجنة البشرية. في الولايات المتحدة ، كانت مسألة متى تبدأ حياة الإنسان مثيرة للجدل إلى حد كبير ومرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالمناقشات حول الإجهاض. لا جدال في أن الأجنة لديها القدرة على أن تصبح بشرًا إذا تم زرعها في رحم امرأة في المرحلة الهرمونية المناسبة ، يمكن للجنين أن يزرع ويتطور إلى جنين ويصبح طفلًا مولودًا على قيد الحياة.

ومع ذلك ، يعتقد بعض الناس أن الجنين هو شخص له نفس الوضع الأخلاقي كشخص بالغ أو طفل مولود على قيد الحياة. من باب الإيمان الديني والقناعة الأخلاقية ، فإنهم يعتقدون أن & # x0201 حياة الإنسان تبدأ عند الحمل & # x0201d وبالتالي فإن الجنين هو شخص. وعلى هذا القول فإن للجنين مصالح وحقوق يجب احترامها. من هذا المنظور ، فإن أخذ الكيسة الأريمية وإزالة كتلة الخلية الداخلية لاشتقاق خط من الخلايا الجذعية الجنينية هو بمثابة قتل (4).

لدى العديد من الأشخاص الآخرين وجهة نظر مختلفة عن الحالة الأخلاقية للجنين ، على سبيل المثال أن يصبح الجنين شخصًا بالمعنى الأخلاقي في مرحلة لاحقة من التطور غير الإخصاب. ومع ذلك ، فإن قلة من الناس يعتقدون أن الجنين أو الكيسة الأريمية هو مجرد مجموعة من الخلايا التي يمكن استخدامها للبحث دون قيود. يعتقد الكثيرون أن الجنين المبكر يستحق احترامًا خاصًا كإنسان محتمل ، ولكن من المقبول استخدامه لأنواع معينة من البحث بشرط وجود مبرر علمي جيد ، وإشراف دقيق ، وموافقة مستنيرة من المرأة أو الزوجين للتبرع الجنين للبحث (5).

غالبًا ما ترتبط معارضة أبحاث hESC بمعارضة الإجهاض وبحركة & # x0201cpro-life & # x0201d. ومع ذلك ، فإن مثل هذه المعارضة لأبحاث الخلايا الجذعية ليست متجانسة. يدعم عدد من القادة المؤيدين للحياة أبحاث الخلايا الجذعية باستخدام الأجنة المجمدة التي تبقى بعد أن تكمل المرأة أو الزوجان علاج العقم وقرروا عدم إعطائها لزوجين آخرين. هذا الرأي تحمله ، على سبيل المثال ، السيدة الأولى السابقة نانسي ريغان والسناتور الأمريكي أورين هاتش.

على موقع مجلس الشيوخ على الإنترنت ، يقول السناتور هاتش: & # x0201c إن دعم أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية يتسق مع القيم المؤيدة للحياة والأسرة.

& # x0201c أعتقد أن حياة الإنسان تبدأ في الرحم ، وليس طبق بتري أو ثلاجة & # x02026. بالنسبة لي ، تملي أخلاق الموقف أن يتم استخدام هذه الأجنة ، التي يتم التخلص منها بشكل روتيني ، لتحسين وإنقاذ الأرواح. ستكون المأساة في عدم استخدام هذه الأجنة لإنقاذ الأرواح بينما يكون البديل هو التخلص منها & # x0201d (6).

A. خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الموجودة

في عام 2001 ، سمح الرئيس بوش ، الذي يحمل وجهات نظر قوية مؤيدة للحياة ، للمعاهد الوطنية الفيدرالية للصحة (NIH) بتمويل أبحاث الخلايا الجذعية باستخدام خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الموجودة بالفعل في ذلك الوقت ، مع حظر تمويل المعاهد الوطنية للصحة لاشتقاق أو استخدام خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الإضافية. كانت هذه السياسة استجابة لشعور متزايد بأن أبحاث hESC تحمل وعودًا كبيرة لفهم ومعالجة الأمراض التنكسية ، بينما لا تزال تعارض المزيد من تدمير الأجنة البشرية. اعتبر العديد من الباحثين تمويل المعاهد الوطنية للصحة أمرًا ضروريًا لجذب العلماء لتقديم التزام طويل الأجل لدراسة البيولوجيا الأساسية للخلايا الجذعية دون وجود منصة علمية أساسية قوية ، فإن الاختراقات العلاجية ستكون أقل احتمالًا.

كان منطق الرئيس بوش و # x02019 لهذه السياسة هو أن الأجنة التي تم إنتاج هذه السلالات منها قد تم تدميرها بالفعل. قد يسمح السماح بإجراء بحث على خطوط الخلايا الجذعية ببعض الخير للخروج من تدميرها. ومع ذلك ، فإن استخدام خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الموجودة فقط يمثل مشكلة علمية. في الأصل ، أعلنت المعاهد الوطنية للصحة أن أكثر من 60 خطًا من خطوط hESC ستكون مقبولة لتمويل المعاهد الوطنية للصحة. ومع ذلك ، فإن غالبية هذه الخطوط لم تكن مناسبة للبحث على سبيل المثال ، فهي لم تكن متعددة القدرات حقًا ، أو أصبحت ملوثة ، أو لم تكن متاحة للشحن. اعتبارًا من يناير 2009 ، أصبح 22 خطًا من خطوط hESC مؤهلة للحصول على تمويل من المعاهد الوطنية للصحة. ومع ذلك ، قد لا تكون هذه الخطوط آمنة للزرع في البشر ، وقد ثبت أن الخطوط الطويلة الأمد تتراكم الطفرات ، بما في ذلك العديد من المعروف أنها تؤهب للإصابة بالسرطان. بالإضافة إلى ذلك ، أثيرت مخاوف بشأن عملية الموافقة على اشتقاق بعض هذه الخطوط التي وافقت عليها المعاهد الوطنية للصحة (7). تعتقد الغالبية العظمى من الخبراء العلميين ، بمن فيهم مدير المعاهد الوطنية للصحة في عهد الرئيس بوش ، أن الافتقار إلى الوصول إلى خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الجديدة يعيق التقدم نحو زرع الخلايا الجذعية (8). على سبيل المثال ، ستسمح السلالات من مجموعة واسعة من المتبرعين لمزيد من المرضى بتلقي عمليات زرع الخلايا الجذعية المتطابقة مع عامل الكريات البيض البشري (9).

حاليًا ، لا يجوز استخدام الأموال الفيدرالية لاشتقاق خطوط خلايا جذعية جنينية جديدة أو للعمل مع خطوط hESC غير المدرجة في قائمة المعاهد الوطنية للصحة المعتمدة. لا يجوز استخدام المعدات التي تمولها المعاهد الوطنية للصحة ومساحة المختبرات للبحث في خطوط hESC غير المعتمدة. يمكن إجراء كل من اشتقاق خطوط hESC الجديدة والبحث مع خطوط hESC غير المعتمدة من قبل المعاهد الوطنية للصحة في إطار التمويل غير الاتحادي. بسبب هذه القيود المفروضة على تمويل المعاهد الوطنية للصحة ، أنشأ عدد من الولايات برامج لتمويل أبحاث الخلايا الجذعية ، بما في ذلك اشتقاق خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الجديدة. كاليفورنيا ، على سبيل المثال ، خصصت 3 مليارات دولار على مدى 10 سنوات لأبحاث الخلايا الجذعية.

في عهد الرئيس أوباما ، من المتوقع أن يتم توفير التمويل الفيدرالي لإجراء البحوث مع خطوط hESC غير المدرجة في قائمة المعاهد الوطنية للصحة ولاشتقاق خطوط hESC جديدة من الأجنة المجمدة التي تم التبرع بها للبحث بعد استخدام امرأة أو زوجين. في المختبر حدد الإخصاب (IVF) أنه لم تعد هناك حاجة للأغراض الإنجابية. ومع ذلك ، قد لا يُسمح بالتمويل الفيدرالي لإنشاء الأجنة صراحةً للبحث أو لاشتقاق خطوط الخلايا الجذعية باستخدام نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) (10 ، 11).

B. خطوط الخلايا الجذعية الجنينية الجديدة من الأجنة المجمدة

غالبًا ما يكون لدى النساء والأزواج الذين يخضعون لعلاج العقم أجنة مجمدة متبقية بعد إكمال علاج العقم. غالبًا ما يكون التخلص من هذه الأجنة المجمدة قرارًا صعبًا بالنسبة لهم (12). يختار البعض التبرع بهذه الأجنة المتبقية للبحث بدلاً من إعطائها لزوجين آخرين لأغراض الإنجاب أو تدميرها. تظهر العديد من المخاوف الأخلاقية عند التبرع بالجنين المجمد ، بما في ذلك الموافقة المستنيرة من المرأة أو الزوجين اللذين يتبرعان بالجنين ، وموافقة متبرعي الأمشاج المشاركين في تكوين الجنين ، وسرية معلومات المتبرعين.

1. الموافقة المسبقة للتبرع بمواد لأبحاث الخلايا الجذعية.

منذ قانون نورمبرغ ، تم اعتبار الموافقة المستنيرة مطلبًا أساسيًا للبحث مع الأشخاص. الموافقة مهمة بشكل خاص في البحث مع الأجنة البشرية (13). أعضاء الجمهور والمتبرعين المحتملين للأجنة للبحث لديهم آراء قوية ومتنوعة حول هذه المسألة. يعتبر البعض أن جميع أبحاث الأجنة غير مقبولة ، والبعض الآخر يدعم فقط بعض أشكال البحث. على سبيل المثال ، قد يعتبر الشخص أن أبحاث العقم مقبولة ولكنه يعترض على البحث لاشتقاق خطوط الخلايا الجذعية أو الأبحاث التي قد تؤدي إلى براءات الاختراع أو المنتجات التجارية (14). الحصول على الموافقة المستنيرة للاستخدامات المستقبلية المحتملة للجنين المتبرع به يحترم هذا التنوع في الآراء. بالإضافة إلى ذلك ، يضع الناس عادةً أهمية عاطفية وأخلاقية خاصة على موادهم التناسلية ، مقارنةً بالأنسجة الأخرى (15).

2. التنازل عن الموافقة.

في الولايات المتحدة ، تسمح اللوائح الفيدرالية الخاصة بالبحوث بالتنازل عن الموافقة المستنيرة على استخدام البحث لمواد بيولوجية غير محددة الهوية لا يمكن ربطها بالمانحين (16). وبالتالي ، من الناحية اللوجستية ، سيكون من الممكن إجراء أبحاث على الأجنة والخلايا الجذعية على مواد غير محددة الهوية دون موافقة. على سبيل المثال ، أثناء إجراءات التلقيح الاصطناعي ، عادةً ما يتم التخلص من البويضات التي تفشل في الإخصاب أو الأجنة التي لا تتطور بشكل كافٍ ليتم زرعها. يمكن تعريف هذه المواد ثم استخدامها من قبل الباحثين. علاوة على ذلك ، إذا قام مرضى العقم بتجميد الأجنة المتبقية بعد إكمال العلاج ، يتم الاتصال بهم بشكل روتيني من قبل برنامج التلقيح الاصطناعي لتحديد ما إذا كانوا يريدون الاستمرار في تخزين الأجنة (ودفع رسوم تخزين المجمد) ، أو التبرع بها لامرأة أخرى تعاني من العقم أو الزوجين ، أو التخلص منها. إذا اختار المريض التخلص من الأجنة ، فسيكون من الممكن بدلاً من ذلك إزالة المعرفات واستخدامها في البحث. لا يزال هناك احتمال آخر يتعلق بتجميد الأجنة من المرضى الذين لا يستجيبون لطلبات اتخاذ قرار بشأن التخلص من الأجنة المجمدة. بعض ممارسات التلقيح الاصطناعي لديها سياسة للتخلص من هذه الأجنة وإبلاغ المرضى بهذه السياسة عند الموافقة على إجراءات التلقيح الاصطناعي. مرة أخرى ، بدلاً من التخلص من مثل هذه الأجنة المجمدة ، من الممكن لوجستيًا تحديد هويتها ومنحها للباحثين.

ومع ذلك ، فإن المبررات الأخلاقية للسماح باستخدام مواد بيولوجية مجهولة الهوية للبحث دون موافقة لا تنطبق دائمًا على أبحاث الأجنة (13). على سبيل المثال ، أحد الأسباب المنطقية للسماح باستخدام مواد مجهولة الهوية هو أن المخاطر الأخلاقية منخفضة للغاية ولا يمكن أن يكون هناك خرق للسرية ، وهو الشاغل الرئيسي في هذا النوع من البحث. السبب الثاني هو أن الناس لن يعترضوا على استخدام موادهم بهذه الطريقة إذا طُلب منهم ذلك. ومع ذلك ، فإن هذا الافتراض لا ينطبق بالضرورة في سياق بحث الأجنة. وجدت دراسة أجريت عام 2007 أن 49٪ من النساء ذوات الأجنة المجمدة على استعداد للتبرع بها من أجل البحث (12). قد يتعرض هؤلاء المتبرعون للإهانة أو يشعرون بالظلم إذا تم استخدام أجنةهم المجمدة في أبحاث لم يوافقوا عليها. إن تحديد هوية المواد لن يعالج مخاوفهم.

3. موافقة من المتبرعين الأمشاج.

يمكن تكوين الأجنة المجمدة بالحيوانات المنوية أو البويضات من المتبرعين الذين لا يشاركون أكثر في المساعدة على الإنجاب أو تربية الأطفال. يجادل بعض الناس بأن موافقة المتبرعين بالأمشاج ليست مطلوبة لأبحاث الأجنة لأنهم تنازلوا عن حقهم في توجيه المزيد من استخدام الأمشاج إلى مرضى تقنية الإنجاب الاصطناعي (ART). ومع ذلك ، فإن المتبرعين بالأمشاج المستعدين لمساعدة النساء والأزواج في إنجاب الأطفال قد يعترضون على استخدام موادهم الجينية للبحث. في إحدى الدراسات ، فإن 25٪ من النساء اللاتي تبرعن بالبويضات لعلاج العقم لم يرغبن في استخدام الأجنة التي تم إنشاؤها في البحث (17). هذه النسبة ليست غير متوقعة لأن المواد الإنجابية لها أهمية خاصة ، والعديد من الناس في الولايات المتحدة يعارضون أبحاث الأجنة. لا يُعرف سوى القليل عن رغبات المتبرعين بالحيوانات المنوية فيما يتعلق بالبحث.

هناك اختلافات عملية كبيرة بين الحصول على الموافقة على أبحاث الأجنة من المتبرعين بالبويضات ومن المتبرعين بالحيوانات المنوية. يمكن لعيادات العلاج المضاد للفيروسات القهقرية مناقشة التبرع للبحث مع المتبرعين بالبويضات بسهولة أثناء زيارات تحفيز البويضات واستعادتها. ومع ذلك ، فإن معظم عيادات العلاج المضاد للفيروسات القهقرية تحصل على الحيوانات المنوية من متبرعين من بنوك الحيوانات المنوية وليس لها عمومًا اتصال مباشر مع المتبرعين. علاوة على ذلك ، غالبًا ما يتم التبرع بالحيوانات المنوية لبنوك الحيوانات المنوية دون الكشف عن هويتها ، مع مراعاة أحكام السرية الصارمة.

كمسألة احترام للمتبرعين بالأمشاج ، يجب تحديد واحترام رغباتهم فيما يتعلق باشتقاق الخلايا الجذعية (13). قد يعترض متبرعو الجاميت الذين يرغبون في مساعدة النساء والأزواج على إنجاب الأطفال على استخدام موادهم الجينية للبحث. تمت التوصية بالموافقة المحددة على أبحاث الخلايا الجذعية من كل من المتبرعين بالجنين والمشيجين من قبل الأكاديمية الوطنية للعلوم لعام 2005 إرشادات لأبحاث الخلايا الجذعية الجنينية البشرية وتم اعتمادها من قبل معهد كاليفورنيا للطب التجديدي (CIRM) ، وكالة الولاية التي تمول أبحاث الخلايا الجذعية (18 ، 19). لا يلزم أن يشير شرط الموافقة هذا إلى أن الأجنة من البشر أو أن الأمشاج أو الأجنة تخضع للبحث.

4. سرية معلومات المتبرع.

يجب حماية السرية بعناية في أبحاث الأجنة و hESC لأن انتهاكات السرية قد تعرض المتبرعين للدعاية غير المرغوب فيها أو حتى المضايقة من قبل معارضي أبحاث hESC (20). على الرغم من أنه يجب الاحتفاظ بمعلومات تحديد المتبرعين في حالة المراجعة من قبل إدارة الغذاء والدواء كجزء من عملية الموافقة على العلاجات الجديدة ، إلا أن المخاوف بشأن السرية قد تمنع بعض المتبرعين من الموافقة على إعادة الاتصال.

في الآونة الأخيرة ، تم انتهاك سرية معلومات الرعاية الصحية الشخصية من خلال الانتهاكات المتعمدة من قبل الموظفين ، من خلال اقتحام متسللين الكمبيوتر ، ومن خلال فقدان أو سرقة أجهزة الكمبيوتر المحمولة. يجب حماية الملفات التي تحتوي على هويات الأشخاص الذين تم استخدام الأمشاج أو الأجنة الخاصة بهم لاشتقاق خطوط hESC من خلال تدابير أمنية مشددة (20). يجب قفل أي جهاز كمبيوتر يقوم بتخزين هذه الملفات في غرفة آمنة ومحمية بكلمة مرور ، مع تقييد الوصول إلى الحد الأدنى من الأفراد على أساس صارم & # x0201cneed-to-know & # x0201d. يجب أيضًا تقييد الدخول إلى غرفة تخزين الكمبيوتر عن طريق مفتاح بطاقة ، أو نظام مكافئ ، يسجل كل إدخال. يجب مراقبة مسارات التدقيق للوصول إلى المعلومات بشكل روتيني للوصول غير المناسب. يجب أن تكون الملفات ذات المعرفات محمية ضد النسخ ومشفرة بشكل مزدوج ، مع الاحتفاظ بأحد المفاتيح بواسطة مسؤول مؤسسي رفيع المستوى لا يشارك في أبحاث الخلايا الجذعية. يجب ألا يكون الكمبيوتر الذي يقوم بتخزين هذه البيانات متصلاً بالإنترنت. لحماية المعلومات من أمر الاستدعاء ، يجب على المحققين الحصول على شهادة سرية فيدرالية. يجب أيضًا مراعاة العوامل البشرية في انتهاك السرية. قد يتلقى الموظفون الذين يمكنهم الوصول إلى هذه المعرفات فحوصات خلفية إضافية ومقابلات وتدريب. يجب ألا يكون الموظفون المسؤولون عن الحفاظ على قاعدة البيانات السرية هذه والاتصال بأي متبرع جزءًا من أي فريق بحث.

تثير أبحاث hESC التي تستخدم البويضات الطازجة المتبرع بها للبحث العديد من المخاوف الأخلاقية الإضافية أيضًا ، كما نناقش بعد ذلك (21).

ج- المخاوف الأخلاقية حول التبرع بالبويضات من أجل البحث

تعتبر المخاوف بشأن التبرع بالبويضات على وجه التحديد لأغراض البحث خطيرة بشكل خاص في أعقاب فضيحة هوانج في كوريا الجنوبية ، حيث تم اختلاق مزاعم تم الترحيب بها على نطاق واسع حول اشتقاق خطوط نقل نواة الخلية البشرية. بالإضافة إلى الاحتيال العلمي ، تضمنت الفضيحة مدفوعات غير مناسبة للمتبرعين بالبويضات ، وأوجه قصور خطيرة في عملية الموافقة المستنيرة ، وتأثير لا داعي له على الموظفين والعلماء المبتدئين للعمل كمتبرعين ، ونسبة عالية بشكل غير مقبول من المضاعفات الطبية الناتجة عن التبرع بالبويضات (22 ، 23) ، 24). في كاليفورنيا ، اتهم بعض المشرعين وأفراد الجمهور عيادات العقم بالتقليل من مخاطر التبرع بالبويضات (19). وضعت CIRM العديد من وسائل الحماية للنساء المتبرعات بالبويضات في أبحاث الخلايا الجذعية التي تمولها الدولة.

1. المخاطر الطبية لاسترجاع البويضات.

تشمل المخاطر الطبية لاسترجاع البويضات متلازمة فرط تنبيه المبيض والنزيف والعدوى ومضاعفات التخدير (25). يمكن التقليل من هذه المخاطر من خلال استبعاد المتبرعين المعرضين لخطر كبير لهذه المضاعفات ، والمراقبة الدقيقة لعدد البصيلات النامية ، وتعديل جرعة موجهة الغدد التناسلية المشيمية البشرية للحث على الإباضة أو إلغاء الدورة (25).

نظرًا لأن متلازمة فرط الإباضة الشديدة قد تتطلب دخول المستشفى أو الجراحة ، يجب حماية النساء المتبرعات بالبويضات للبحث من تكاليف مضاعفات التحفيز الهرموني واسترجاع البويضات (19). الولايات المتحدة ليس لديها تأمين صحي شامل. من باب الإنصاف ، فإن النساء اللواتي يخضعن لإجراء جراحي لصالح العلم ولا يتلقين مدفوعات تتجاوز المصروفات لا ينبغي أن يتحملن أي تكاليف لعلاج المضاعفات. حتى إذا كان لدى المرأة تأمين صحي ، فقد تكون المدفوعات المشتركة والخصومات كبيرة ، وإذا تقدمت لاحقًا بطلب للحصول على تأمين صحي فردي ، فقد تكون أقساطها باهظة. أوصت العديد من اللجان الأمريكية بالتعويض عن إصابات البحث (26) ولكن لم يتم اعتماده بسبب الصعوبات في حساب المخاطر الاكتوارية طويلة الأجل وتقييم العوامل المتداخلة التي يمكن أن تسهم في أحداث سلبية أو تسببها.

إن طلب رعاية مجانية للمضاعفات قصيرة المدى للتبرع بالبويضات أمر ممكن. في كاليفورنيا ، يجب أن تضمن المؤسسات البحثية العلاج المجاني للمتبرعين بالبويضات من أجل المضاعفات الطبية المباشرة والقريبة لاسترجاع البويضات في الأبحاث التي تمولها الدولة. المصطلح & # x0201cdirect and proximate & # x0201d هو مفهوم قانوني لتحديد مدى قرب إصابة إصابة بحدث أو شرط لتعيين المسؤولية عن الإصابة إلى الشخص الذي نفذ الحدث أو أنشأ الشرط. تتوفر بوالص التأمين التجارية لتغطية المضاعفات قصيرة الأجل لاسترجاع البويضات. يسمح CIRM لمنح الخلايا الجذعية للولاية بتغطية تكلفة هذا التأمين. الأساس المنطقي لجعل المؤسسات البحثية مسؤولة عن العلاج هو أنها في وضع أفضل من الباحثين الأفراد لتحديد سياسات التأمين وسيكون لديها حافز للنظر في توسيع هذه التغطية لتشمل إصابات البحث الأخرى.

2. حماية المصالح الإنجابية للمرأة في علاج العقم.

إذا شاركت النساء في علاج العقم البويضات مع الباحثين & # x02014 إما البويضات الخاصة بهم أو تلك من متبرع البويضات & # x02014 ، فقد يتم اختراق احتمالية نجاحهم في الإنجاب بسبب توفر عدد أقل من البويضات للأغراض الإنجابية (21). في هذه الحالة ، يجب على الطبيب الذي يقوم برعاية استرجاع البويضات والعقم إعطاء الأولوية للاحتياجات الإنجابية للمريض في التلقيح الاصطناعي. يجب استخدام البويضات عالية الجودة لأغراض الإنجاب (21).

كما تمت مناقشته في القسم ب 2، في برامج التلقيح الاصطناعي ، تفشل بعض البويضات في الإخصاب ، وتفشل بعض الأجنة في النمو بشكل كافٍ ليتم زرعها. يمكن التبرع بهذه المواد للباحثين. لحماية المصالح الإنجابية للمانحين ، يجب وضع العديد من الضمانات (20). للتبرع بأجنة جديدة للبحث ، فإن تحديد اختصاصي علم الأجنة بأن الجنين غير مناسب للزرع وبالتالي يجب التخلص منه هو مسألة حكم. وبالمثل ، فإن تحديد أن البويضة قد فشلت في الإخصاب وبالتالي لا يمكن استخدامها للتكاثر هو دعوة للحكم. To avoid any conflict of interest, the embryologist should not know whether a woman has agreed to research donation and also should receive no funding from grants associated with the research. Furthermore, the treating infertility physicians should not know whether or not their patients agree to donate materials for research.

3. Payment to oocyte donors.

Many jurisdictions have conflicting policies about payment to oocyte donors. Reimbursement to oocyte donors for out-of-pocket expenses presents no ethical problems because donors gain no financial advantage from participating in research. However, payment to oocyte donors in excess of reasonable out-of-pocket expenses is controversial, and jurisdictions have conflicting policies that may also be internally inconsistent (27,28).

Good arguments can be made both for and against paying donors of research oocytes more than their expenses (29). On the one hand, some object that such payments induce women to undertake excessive risks, particularly poorly educated women who have limited options for employment, as occurred in the Hwang scandal. Such concerns about undue influence, however, may be addressed without banning payment. For example, participants could be asked questions to ensure that they understood key features of the study and that they felt they had a choice regarding participation (19). Also, careful monitoring and adjustment of hormone doses can minimize the risks associated with oocyte donation (25). A further objection is that paying women who provide research oocytes undermines human dignity because human biological materials and intimate relationships are devalued if these materials are bought and sold like commodities (14,30).

On the other hand, some contend that it is unfair to ban payments to donors of research oocytes, while allowing women to receive thousands of U.S. dollars to undergo the same procedures to provide oocytes for infertility treatment (29). Moreover, healthy volunteers, both men and women, are paid to undergo other invasive research procedures, such as liver biopsy, for research purposes. Furthermore, bans on payment for oocyte donation for research have been criticized as paternalistic, denying women the authority to make decisions for themselves (31). On a pragmatic level, without such payment, it is very difficult to recruit oocyte donors for research.

4. Informed consent for oocyte donation.

In California, CIRM has instituted heightened requirements for informed consent for oocyte donation for research (19). The CIRM regulations go beyond requirements for disclosure of information to oocyte donors (19). The major ethical issue is whether donors appreciate key information about oocyte donation, not simply whether the information has been disclosed to them or not. As discussed previously, in other research settings, research participants often fail to understand the information in detailed consent forms (32). CIRM thus reasons that disclosure, while necessary, is not sufficient to guarantee informed consent. In CIRM-funded research, oocyte donors must be asked questions to ensure that they comprehend the key features of the research (19). Evaluating comprehension is feasible because it has been carried out in other research contexts, such as in HIV prevention trials in the developing world (33). According to testimony presented to CIRM, evaluation of comprehension has also been carried out with respect to oocyte donation for clinical infertility services.


5. Extrinsic regulators

There is strong evidence that the behaviour of stem cells is strongly affected by their local environment or niche ( figureਃ ). Some aspects of the stem cell environment that are known to influence self-renewal and stem cell fate are adhesion to extracellular matrix proteins, direct contact with neighbouring cells, exposure to secreted factors and physical factors, such as oxygen tension and sheer stress (Watt & Hogan 2000 Morrison & Spradling 2008). It is important to identify the environmental signals that control stem cell expansion and differentiation in order to harness those signals to optimize delivery of stem cell therapies.

Considerable progress has been made in directing ES cells to differentiate along specific lineages في المختبر (Conti وآخرون. 2005 Lowell وآخرون. 2006 Izumi وآخرون. 2007) and there are many في المختبر and murine models of lineage selection by adult tissue stem cells (e.g. Watt & Collins 2008). It is clear that in many contexts the Erk and Akt pathways are key regulators of cell proliferation and survival, while pathways that were originally defined through their effects in embryonic development, such as Wnt, Notch and Shh, are reused in adult tissues to influence stem cell renewal and lineage selection. Furthermore, these core pathways are frequently deregulated in cancer (Reya وآخرون. 2001 Watt & Collins 2008). In investigating how differentiation is controlled, it is not only the signalling pathways themselves that need to be considered, but also the timing, level and duration of a particular signal, as these variables profoundly influence cellular responses (Silva-Vargas وآخرون. 2005). A further issue is the extent to which directed ES cell differentiation في المختبر recapitulates the events that occur during normal embryogenesis and whether this affects the functionality of the differentiated cells (Izumi وآخرون. 2007).

For a more complete definition of the stem cell niche, researchers are taking two opposite and complementary approaches: recreating the niche في المختبر at the single cell level and observing stem cells في الجسم الحي. في الجسم الحي tracking of cells is possible because of advances in high-resolution confocal microscopy and two-photon imaging, which have greatly increased the sensitivity of detecting cells and the depth of the tissue at which they can be observed. Studies of green fluorescent protein-labelled haemopoietic stem cells have shown that their relationship with the bone marrow niche, comprising blood vessels, osteoblasts and the inner bone surface, differs in normal, irradiated and c-Kit-receptor-deficient mice (Lo Celso وآخرون. 2009 Xie وآخرون. 2009). In a different approach, في الجسم الحي bioluminescence imaging of luciferase-tagged muscle stem cells has been used to reveal their role in muscle repair in a way that is impossible when relying on retrospective analysis of fixed tissue (Sacco وآخرون. 2008).

The advantage of recreating the stem cell niche في المختبر is that it is possible to precisely control individual aspects of the niche and measure responses at the single cell level. Artificial niches are constructed by plating cells on micropatterned surfaces or capturing them in three-dimensional hydrogel matrices. In this way, parameters such as cell spreading and substrate mechanics can be precisely controlled (Watt وآخرون. 1988 Théry وآخرون. 2005 Chen 2008). Cells can be exposed to specific combinations of soluble factors or to tethered recombinant adhesive proteins. Cell behaviour can be monitored in real time by time-lapse microscopy, and activation of specific signalling pathways can be viewed using fluorescence resonance energy transfer probes and fluorescent reporters of transcriptional activity. It is also possible to recover cells from the في المختبر environment, transplant them في الجسم الحي and monitor their subsequent behaviour. One of the exciting aspects of the reductionist approach to studying the niche is that it is highly interdisciplinary, bringing together stem cell researchers and bioengineers, and also offering opportunities for interactions with chemists, physicists and materials scientists.


Applying gene therapy to optic nerve regeneration

The researchers tested their approach on cells in the central nervous system because it is the first part of the body affected by aging. After birth, the ability of the central nervous system to regenerate declines rapidly.

To test whether the regenerative capacity of young animals could be imparted to adult mice, the researchers delivered the modified three-gene combination into retinal ganglion cells of adult mice with optic nerve injury.

For the work, Lu and Sinclair collaborated with Zhigang He, HMS professor of neurology and of ophthalmology at Boston Children’s Hospital, who studies optic nerve and spinal cord development and regeneration.

The treatment resulted in a two-fold increase in the number of surviving retinal ganglion cells after the injury and a five-fold increase in nerve regrowth.

“At the beginning of this project, many of our colleagues said our approach would fail or would be too dangerous to ever be used,” said Lu. “Our results suggest this method is safe and could potentially revolutionize the treatment of the eye and many other organs affected by aging.”


المقدمة

Mesenchymal stem cells (MSCs) reside in many tissues during development, and their differentiation produces specific phenotypes such as osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, and myoblasts. In recent years, MSCs have been considered an important source for cell therapy and tissue regeneration in many clinical applications. Tissue damage is followed by an inflammatory response, and pro-inflammatory factors can rescue MSCs and start the repair process. The process of regeneration is quite complex MSCs interact with stromal and inflammatory cells, and derived factors play an important role in this process[1]. MSCs are also involved in immunosuppression عبر inhibition of T cells, B cells, dendritic cells and natural killer cells[2-5], and they may exert immunomodulatory activity during the co-transplantation process[1].

In addition to cell therapy, MSCs are also a promising choice for other clinical applications because they can be used as diagnostic tools. The involvement of MSCs in many physiological or physiopathological aspects offers the possibility of targeting these cells, and their related molecular products, circulating in peripheral blood to obtain an early diagnosis by a non-invasive approach.

Diagnostic application of MSCs

In recent years, MSCs have been considered important 𠇋iomarkers” for a non-invasive prenatal diagnosis[6]. Accurate prenatal diagnoses without fetal damage are needed to prevent genetic diseases, and MSCs have been identified in fetal blood during the first trimester, albeit at low concentrations. Despite 20 years of research in this area, technical challenges have produced many obstacles to reproducible fetal MSC isolation, and culture strategies have been developed. However, fetal MSCs have been observed in maternal peripheral blood, suggesting that fetal surface antigens could be considered promising biomarkers for a noninvasive prenatal diagnosis[7], and the analysis of neural and MSCs in the amniotic fluid represents a useful tool for the identification of neural tube defects[8].

Recruitment of progenitor cells in the blood stream in response to skeletal damage has been reported[9], and we have shown that circulating MSCs are increased in patients affected by osteoporosis as a consequence of the impairment of osteoblast differentiation[10]. Furthermore, the molecular analyses of genes involved in the differentiation process have revealed an abnormal level of expression of the transcription factor runx2, the master gene of osteogenic differentiation. These data suggest the possibility of using MSC analysis for the evaluation of bone diseases, and the identification of circulating MSCs could be proposed as a noninvasive diagnostic tool.

Circulating stem cells have been observed after ischemic stroke in patients with myocardial infarction[11,12], and this finding suggests that stem cells in the peripheral blood may provide a potential cell marker for prognosis and risk evaluation in patients with cardiac diseases.

Kim et al[13] showed that CD105 MSCs were mobilized in patients with cerebrovascular stroke, and, in particular, the authors demonstrated that the percentage of apoptotic CD105 cells, based on annexin V expression, was higher in patients with cerebral infarcts than that in normal control subjects.

The epithelial mesenchymal transition that occurs during cellular neoplastic transformation makes MSCs an important target for the diagnosis and prognosis of malignant tumors[14]. Because cancer may originate from the neoplastic transformation of progenitors or related early differentiated cells, stem cell-like markers expressed in tumor cells could be of interest for biomarker identification.

New technologies for stem cells

Recent technologies have made possible the study of the molecular biology of cells at different levels (أي., the genome, epigenome, transcriptome, small RNAome and metabolome). However, the study of stem cells is still a major challenge due to their low numbers and their potency and plasticity. Currently, most stem cell studies reported in the literature apply microarray technology and focus on the gene expression profile analysis of MSCs[7,15-19], cancer stem cells[20-24], tumor-initiating cells[25] and embryonic stem cells. The study of gene expression at the global level is generally a pitfall and an ordeal due to the presence of low expression levels of many genes, which occurs because stem cells need to be ready to undertake a variety of differentiation programs. Accordingly, the study of different individual gene expression profiles is very difficult. Such issues cause the true gene expression signal to be confounded by background noise. At present, more recent Next Generation Sequencing (NGS) technologies[26] are entering the stem cell arena. NGS is based on massive sequencing, and it can be applied for several purposes, such as the detection of transcripts and estimation of their levels (transcriptome), the identification of genome sequence variants (exome, genome) or the examination of modified methylated nucleotides (methylome). It is noteworthy that epigenomic NGS applications[27] can be used to study stem cells because they can be used to investigate gene regulation and genome function during the differentiation and reprogramming processes. Therefore, the Epigenomics Roadmap consortium has been formed by the NIH to create extensive maps of genomic and epigenomic elements in stem cells and خارج الجسم الحي tissue[28]. NGS methods can be used to sequence single cells (DNA and/or RNA) opening avenues to thoroughly investigate how differential gene expression in individual cells defines cellular differentiation, function and physiology[22], making it possible to study rare stem cell populations and to investigate the prevalence and differences of potential stem cell subpopulations in cancers or other types of tissue[29].


GENOME STABILITY OF STEM CELLS

Plant lifespan is characterized by a rudimentary body plan, modular growth, and disparity between cell death and death of the organism (Watson and Riha, 2011 ). Plants exhibit a wide range of lifespans from a few weeks in monocarpic annuals to as long as millennia in long-lived perennials, which harbor meristematic cells that undergo thousands of divisions. In addition, plants being sessile organisms, environmental stresses increase DNA damage in stem cells therefore, how efficient the DNA repair mechanisms are in long-lived plant species and what the difference is between repair mechanisms in plants and animals are interesting questions to be answered.

Previous work focusing on animal aging highlighted the positive correlation between increased copy number of DNA repair genes and longevity in mammals (Tian وآخرون., 2017 ). The naked mole-rat, the longest-lived rodent with a maximum lifespan of 32 years, has a higher copy number of genes for CCAAT/enhancer binding protein-γ (CEBPG), a regulator of DNA repair, and TERF1-interacting nuclear factor 2 (TINF2), a protector of telomere integrity, than short-lived rodent species (MacRae وآخرون.، 2015). Another long-lived mammal, the African elephant, encodes 20 copies of the tumor suppressor gene TP53, which induces apoptosis or senescence programs in response to DNA damage (Sulak وآخرون., 2016 ). Analyses of genomes of two other long-lived species, the bowhead whale and bat, showed the signature of positive selection of multiple DNA repair and DNA damage-signaling genes (Keane وآخرون., 2015 Zhang وآخرون.، 2013). These reports suggest the importance of genome maintenance mechanisms for longevity. However, in plants, no studies have yet employed comparative genome analyses to identify DNA repair genes associated with the evolution of longevity. Thanks to substantial progress in the elucidation of DNA damage signaling and repair mechanisms in Arabidopsis (Manova and Gruszka, 2015 ), it has become evident that most of the major DNA repair pathways are conserved in plants. Our plant stem cell project aims to systematically compare the DNA repair systems of diverse plant species and uncover their effects on organismal phenotypes such as mutation rates, lifespan, and adaptation to extreme environments, thereby identifying the role of DNA repair mechanisms in stem cell maintenance.

In Arabidopsis, stem cells highly express DNA repair genes, such as RADIATION SENSITIVE 51 (RAD51) and BREAST CANCER SUSCEPTIBILITY 1 (BRCA1), which maintain genome integrity (Yadav وآخرون.، 2009). However, severe DNA damage induces selective death of stem cells, but not of other somatic cells, in a programmed manner, and stem cells are replenished by activation of cell division in the adjacent organizing center (Fulcher and Sablowski, 2009 Furukawa وآخرون.، 2010). In mammals, cell death induction is a common strategy to cope with DNA damage, suggesting that plants trigger cell death in a stem cell-specific manner to prioritize the avoidance of unexpected destruction of developing tissues caused by disordered cell death. In spite of such a unique feature, information about stem cell death in plants is fragmentary: DNA damage-induced cell death is suppressed in Arabidopsis mutants of the brassinosteroid receptor BRI1 and the transcription factors ANAC044 and ANAC085, which are involved in cell cycle arrest (Chen وآخرون., 2017 Lozano-Elena وآخرون., 2018 Takahashi وآخرون., 2019 ), although the link between brassinosteroid signaling and the cell cycle remains elusive. By contrast, the mechanism of stem cell replenishment has been uncovered in a recent study of the root stem cell niche the transcription factor ERF115, which is induced by brassinosteroid, promotes quiescent center cell division, thereby providing new stem cells after DNA damage (Heyman وآخرون.، 2013). Interestingly, ERF115 also triggers cell division adjacent to collapsed differentiated cells in roots (Canher وآخرون., 2020 Heyman وآخرون., 2016 ), suggesting that an ERF115-mediated pathway is a common system promoting cell division next to dead cells and regenerating tissues. Our focus is on how stem cell replenishment is fine-tuned to properly reconstitute the stem cell niche and how genome stability is preserved in stem cells. By answering these questions, we will better understand how plant longevity is guaranteed under fluctuating environmental conditions and what its essential difference is from animals.


Adult stem cells that do not age

Biomedical researchers at the University at Buffalo have engineered adult stem cells that scientists can grow continuously in culture, a discovery that could speed development of cost-effective treatments for diseases including heart disease, diabetes, immune disorders and neurodegenerative diseases.

UB scientists created the new cell lines -- named "MSC Universal" -- by genetically altering mesenchymal stem cells, which are found in bone marrow and can differentiate into cell types including bone, cartilage, muscle, fat, and beta-pancreatic islet cells.

The researchers say the breakthrough overcomes a frustrating barrier to progress in the field of regenerative medicine: The difficulty of growing adult stem cells for clinical applications.

Because mesenchymal stem cells have a limited life span in laboratory cultures, scientists and doctors who use the cells in research and treatments must continuously obtain fresh samples from bone marrow donors, a process both expensive and time-consuming. In addition, mesenchymal stem cells from different donors can vary in performance.

The cells that UB researchers modified show no signs of aging in culture, but otherwise appear to function as regular mesenchymal stem cells do -- including by conferring therapeutic benefits in an animal study of heart disease. Despite their propensity to proliferate in the laboratory, MSC-Universal cells did not form tumors in animal testing.

"Our stem cell research is application-driven," says Techung Lee, PhD, UB associate professor of biochemistry and biomedical engineering in the School of Medicine and Biomedical Sciences and the School of Engineering and Applied Sciences, who led the project. "If you want to make stem cell therapies feasible, affordable and reproducible, we know you have to overcome a few hurdles. Part of the problem in our health care industry is that you have a treatment, but it often costs too much. In the case of stem cell treatments, isolating stem cells is very expensive. The cells we have engineered grow continuously in the laboratory, which brings down the price of treatments."

UB has applied for a patent to protect Lee's discovery, and the university's Office of Science, Technology Transfer and Economic Outreach (UB STOR) is discussing potential license agreements with companies interested in commercializing MSC-Universal.

Stem cells help regenerate or repair damaged tissues, primarily by releasing growth factors that encourage existing cells in the human body to function and grow.

Lee's ongoing work indicates that this feature makes it feasible to repair tissue damage by injecting mesenchymal stem cells into skeletal muscle, a less invasive procedure than injecting the cells directly into an organ requiring repair. In a rodent model of heart failure, Lee and collaborators showed that intramuscular delivery of mesenchymal stem cells improved heart chamber function and reduced scar tissue formation.

UB STOR commercialization manager Michael Fowler believes MSC-Universal could be key to bringing new regenerative therapies to the market. The modified cells could provide health care professionals and pharmaceutical companies with an unlimited supply of stem cells for therapeutic purposes, Fowler says.

Lee says his research team has generated two lines of MSC-Universal cells: a human line and a porcine line. Using the engineering technique he and colleagues developed, scientists can generate an MSC-Universal line from any donor sample of mesenchymal stem cells, he says. "I imagine that if these cells become routinely used in the future, one can generate a line from each ethnic group for each gender for people to choose from," Lee says.

The research was funded by the National Institutes of Health and New York State Stem Cell Science (NYSTEM).

مصدر القصة:

المواد المقدمة من University at Buffalo. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


شاهد الفيديو: لقاء حول العلاج بالخلايا الجذعية - أوكرانيا. دبابسة. (أغسطس 2022).