Индуцирани матични клетки ― матични клетки добиени од соматски, размножувачки, плурипотентни или други видови клетки со намерно епигенетско репрограмирање. Тие се класифицирани како тотипотентни, плурипотентни или прогениторни (мултипотентни, исто така наречени индуцирана мултипотентна прогениторна клетка) или унипотентни според нивниот развоен потенцијал и степенот на дедиференцијација. Прогениторите се добивани со таканаречено директно репрограмирање или насочена диференцијација и се нарекувани и индуцирани соматски матични клетки.
Три техники се широко признати:
Пресадување јадра земени од соматски клетки во ооцит (јајце-клетка) на која му недостасува сопствено јадро (отстрането во лабораторија) Фузија на соматски клетки со плурипотентни матични клетки и Преобразба на соматски клетки во матични клетки, со користење на генетски материјал кој кодира репрограмирани белковински фактори, рекомбинантни белковини; микро РНК, синтетичка, саморепликативна полицистронска РНК и биолошки активни супстанции со ниска молекуларна тежина.
Природни постапки Во 1895 година, Томас Морган отстранил еден од двата бластомери на жаба и открил дека водоземците можат да образуваат цели зародоци од преостанатиот дел. Ова значело дека клетките можат да го променат нивниот пат на диференцијација. Во 1924 година, Ханс Спеман и Хилде Манголд ја покажале клучната важност на индукциите меѓу клетка и клетка, за време на развојот на животните. Обратната преобразба на клетките од еден диференциран клеточен вид во друг се нарекува метаплазија. Овој преод може да биде дел од нормалната постапка на созревање, или предизвикана од поттик.
Еден пример е преобразбата на клетките на шареницата во клетки на леќата во постапката на созревање и преобразбата на клетките на епителот на пигментот на мрежницата во нервната мрежница за време на регенерацијата кај очите на возрасниот саламандер тритон. Оваа постапка му овозможува на телото да ги замени клетките кои не се погодни за новите услови со посоодветни нови клетки. Во имагиналните дискови на родот Drosophila, клетките треба да избирани од ограничен број стандардни дискретни состојби на диференцијација. Фактот дека трансдетерминацијата (промена на патеката на диференцијација) често се јавува за група клетки наместо за единечни клетки, покажува дека таа е индуцирана наместо дел од созревањето.
Истражувачите биле во можност да ги идентификуваат минималните услови и фактори кои би биле доволни за започнување на каскадата на молекуларни и клеточни постапки за да им биде укажано на плурипотентните клетки да го организираат зародокот. Тие покажале дека спротивставените градиенти на коскената морфогенетска белковина и нодалот, два членови на семејството на преобразувачки фактор на раст кои дејствуваат како морфогени, се доволни за да предизвикаат молекуларни и клеточни механизми потребни за организирање, „in vivo“ или „in vitro“, незафатени клетки во животински пол во бластулата на зебрестата рибата, во добро развиен зародок.
Некои видови на зрели, специјализирани возрасни клетки можат природно да се вратат во матични клетки. На пример, „главните“ клетки го изразуваат маркерот „Троја“ за матични клетки. Додека тие вообичаено произведуваат сварувачки течности за желудникот, тие можат да се вратат во матични клетки за да направат привремена поправка на повреди на желудникот, како што е исеченица или оштетување од инфекција. Покрај тоа, тие можат да го направат овој преод дури и во отсуство на забележливи повреди и се способни да надополнат цели гастрични единици, во суштина служејќи како мирни „резервни“ матични клетки. Диференцираните епителни клетки на дишните патишта може ин виво да бидат вратени во стабилни и функционални матични клетки. По повредата, зрелите терминално диференцирани бубрежни клетки се дедиференцираат во повеќе исконски верзии на себе и потоа се разликуваат во видови клетки на кои им е потребна замена во оштетеното ткиво. Макрофагите можат да се самообновуваат со месна пролиферација на зрели диференцирани клетки. Во тритонот, мускулното ткиво се регенерира од специјализирани мускулни клетки кои се дедиференцираат и забораваат на видот клетка што биле. Овој капацитет за регенерација не опаѓа со возраста и може да биде поврзан со нивната способност да создаваат нови матични клетки од мускулните клетки по потреба.
Различни нетуморогени матични клетки покажуваат способност да создаваат повеќе видови клетки. На пример, повеќелозните диференцирачки клетки кои издржуваат стрес, се возрасни човечки матични клетки кои можат да се самообновуваат. Тие образуваат карактеристични клеточни кластери во културата на суспензија кои изразуваат збир на гени поврзани со плурипотенција и можат да бидат разликувани како ендодермни, ектодермни и мезодермни клетки, и ин витро и ин виво.
Други добро документирани примери на трансдиференцијација и нивното значење во развојот и регенерацијата биле подробно опишани. десно|мини|300x300пкс| Индуцираните тотипотентни клетки обично може да бидат добиени со репрограмирање на соматските клетки со јадрен пренос на соматски клетки.
Индуцирани тотипотентни клетки
Посредувано со јадрен пренос на соматски клетки Индуцираните тотипотентни клетки може да бидат добиени со репрограмирање на соматски клетки со јадрен пренос на соматски клетки. Постапката вклучува цицање на јадрото на соматска (телесна) клетка и негово вбризгување во ооцит на кој му е отстрането јадрото.
Користејќи пристап заснован на протоколот наведен од Тачибана и колегите, човечките зародочни матични клетки може да бидат создадени со јадрен пренос на соматски клетки користејќи јадра на дермални фибробласти и од средовечен 35-годишен маж и од постар, 75-годишен маж, наведувајќи дека промените поврзани со возраста не се нужно пречка за јадреното репрограмирање на човечките клетки засновано на јадрен пренос на соматски клетки. Таквото репрограмирање на соматските клетки во плурипотентна состојба има огромен потенцијал за регенеративна медицина. За жал, клетките создавани со оваа технологија потенцијално не се целосно заштитени од имунолошкиот систем на пациентот (дарител на јадра), бидејќи имаат иста митохондриска ДНК, како дарител на ооцити, наместо митохондриската ДНК на пациентите. Ова ја намалува нивната вредност како извор за терапија со автологно пресадување на матични клетки; што се однесува до сегашноста, не е јасно дали може да предизвика имунолошки одговор на пациентот по третманот.
Наместо сперматозоиди за клонирање може да бидат користени индуцирани андрогенски хаплоидни зародочни матични клетки. Овие клетки, синхронизирани во М фаза и вбризгувани во ооцитот, можат да произведат одржливо потомство.
Овие случувања, заедно со податоците за можноста за неограничени ооцити од митозни активни размножувачки матични клетки, нудат можност за индустриско производство на трансгенски животни од фарма. Повтореното клонирање на остварливи глувци преку методот со јадрен пренос на соматски клетки кој вклучува инхибитор на хистонска деацетилаза, трихостатин, додаден во медиумот за клеточна култура, покажува дека можеби е можно да бидат преклонирани животните на неодредено време без видливо насобирање на препрограмирање или геномски грешки. Сепак, истражувањето на технологии за развој на сперматозоиди и јајце-клетки од матични клетки покренува биоетички прашања.
Ваквите технологии, исто така, може да имаат далекусежни клинички примени за надминување на цитоплазматските дефекти во човечките ооцити. На пример, технологијата би можела да ја спречи наследната митохондриска болест да помине на идните генерации. Митохондрискиот генетски материјал е пренесуван од мајка на дете. Мутациите можат да предизвикаат дијабетес, глувост, нарушувања на очите, гастроинтестинални нарушувања, срцеви заболувања, деменција и други невролошки заболувања. Јадрото од едно човечко јајце е префрлено во друго, вклучувајќи ги и неговите митохондрии, создавајќи клетка која може да биде сметана дека има две мајки. Јајцата потоа биле оплодени и добиените ембрионски матични клетки ја носеле заменетата митохондриска ДНК. Како доказ дека техниката е безбедна, авторот на овој метод го посочува постоењето на здрави мајмуни кои сега се стари повеќе од четири години - и се производ на митохондриски пресадувања на различни генетски средини.
Кај глувците со недостиг на теломераза (Terc−/−) од доцната генерација, репрограмирањето со посредство на јадрен пренос на соматски клетки ја ублажува нефункционалноста на теломерите и митохондриските дефекти во поголема мера отколку репрограмирањето засновано на плурипотентна матична клетка.
Опишани се и други достигнувања за клонирање и тотипотентна преобразба.
Добиено без јадрен пренос на соматски клетки Неодамна, некои истражувачи успеале да добијат тотипотентни клетки без помош на јадрен пренос на соматски клетки. Тотипотентните клетки се добиени со помош на епигенетски фактори како што е зародишна изоформа на хистон на ооцитот. Репрограмирањето ин виво, со преодна индукција на четирите фактори Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc кај глувците, дава одлики на тотипотенција. Интраперитонеалното вбризгување на таквите ин виво плурипотентни клетки создава структури слични на зародок кои изразуваат зародочни и екстразародочни (трофектодермни) маркери. Развојниот потенцијал на плурипотентните матични клетки на глушецот да дадат и зародочни и екстразародочни лози, исто така, може да биде проширен со недостаток на miR-34a во микро РНК , што доведува до силна индукција на ендогени ретровируси MuERV-L (MERVL).
Подмладување на индуцираните плурипотентни матични клетки
Во 1980-тите, станало јасно дека пресадувањето на плурипотентни/зародочни матични клетки во телото на возрасните цицачи обично доведува до создавање на тератоми, кои потоа може да се претворат во малигнен туморски тератокарцином. Меѓутоа, ставањето зародочни матични клетки или клетките на тератокарцином во зародокот во фазата на бластоцист предизвикало нивно вклучување во клеточната маса и често произведува нормално здраво химерично (т.е. составено од клетки од различни организми) животно.Hu, M., Wei, H., Zhang, J., Bai, Y., Gao, F., Li, L., & Zhang, S. (2013). Efficient production of chimeric mice from embryonic stem cells injected into 4-to 8-cell and blastocyst embryos. Journal of animal science and biotechnology, 4, 1-7. Индуцираните плурипотентни матични клетки најпрво биле добиени во облик на пресадувачки тератокарцином индуциран од материјали земени од зародоци на глувци. Тератокарцином е создаван од соматски клетки. Генетски мозаични глувци биле добиени од малигни клетки на тератокарцином, што ја потврдува плурипотентноста на клетките. Било покажано дека клетките на тератокарцином се способни да одржуваат култура на плурипотентни зародочни матични клетки во недиференцирана состојба, со снабдување на медиумот за култура со различни фактори. Ова укажа дека причината за тератомот е дисонанца - меѓусебно погрешно општење помеѓу младите донорски клетки и околните возрасни клетки (т.н. „ ниша “ на примачот).
Во август 2006 година, јапонските истражувачи ја заобиколиле потребата за ооцит, како во јадрениот пренос на соматски клетки. Со репрограмирање на глувчешките зародочни фибробласти во плурипотентни матични клетки преку ектопично изразување на четири фактори на транскрипција, имено Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc, тие докажале дека прекумерното изразување на мал број фактори може да ја поттикне клетката да премине во нова стабилна состојба која е поврзана со промени во активноста на илјадници гени. мини|Човечките соматски клетки се прават плурипотентни со нивна трансдукција со фактори кои индуцираат плурипотенција (OCT 3/4, SOX2, Klf4, c-Myc, NANOG и LIN28). Ова резултира со правење индуцирани плурипотентни матични клетки, кои можат да бидат разликувани во која било клетка од трите зародочки зародишни слоеви (мезодерм, ендодерм, ектодерм).