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Wissenschaftler wandeln menschliche Hautzellen direkt in Gehirnzellen um

Indem sie Hautzellen einer bestimmten Kombination von Zellprogrammierungsmolekülen aussetzten, gelang es Wissenschaftlern, sie in Gehirnzellen umzuwandeln, die sich wie native Zellen verhalten.

Hautzellen und Neuronen

Die Studie ist ungewöhnlich, da die Zellen im Gegensatz zu vielen Zellkonversionstechniken nicht zuerst zu einem Stammzellenstadium zurückkehrten – sie konvertierten direkt in Gehirnzellen – und vermieden so das Risiko, viele andere Zelltypen zu produzieren.

Und die Studie ist einzigartig, weil es dem Team gelungen ist, die Skincellen zu einer bestimmten Art von Gehirnzellen umzuprogrammieren, anstatt einer Reihe von Hirnzellen.

Wissenschaftler der Washington University School of Medicine in St. Louis (WUSTL), MO, berichten im Journal, wie sie eine bestimmte Kombination von microRNAs und Transkriptionsfaktoren verwendeten, um Hautzellen in eine bestimmte Art von Gehirnzellen umzuwandeln, die als mittelschwere Neuronen bekannt sind.

Die von ihnen produzierten mittelgroßen stacheligen Neuronen, die mindestens 6 Monate nach der Injektion in die Gehirne von Mäusen überlebten, sind wichtig für die Bewegungssteuerung und sind der Haupttyp, der in Huntingtons Krankheit betroffen ist.

Die Huntington-Krankheit ist eine erbliche Erbkrankheit, die unwillkürliche Bewegungen und einen allmählichen Rückgang der geistigen Fähigkeiten verursacht. Patienten mit der Krankheit, die normalerweise im mittleren Alter beginnt, können 20 Jahre nach Beginn der Symptome leben, obwohl diese allmählich schlechter werden.

Konvertierte Zellen zeigten Eigenschaften von nativen Zellen

Senior-Autor Dr. Andrew S. Yoo, Assistenzprofessor für Entwicklungsbiologie an der WUSTL, sagt, dass die neuen Zellen nicht nur im Maushirn überleben, sondern auch ähnliche Eigenschaften wie native Zellen aufweisen:

"Diese Zellen sind dafür bekannt, Projektionen in bestimmte Hirnregionen zu projizieren. Und wir fanden, dass die menschlichen transplantierten Zellen auch mit diesen entfernten Zielen im Gehirn der Maus verbunden sind. Das ist ein Meilenstein in diesem Artikel."

Da sie in der Studie adulte humane Hautzellen – und nicht Mauszellen oder menschliche Zellen in einem früheren Entwicklungsstadium – verwendeten, zeigt das Team, dass die Arbeit das Potenzial für den Einsatz patienteneigener Zellen in der regenerativen Medizin zeigt. Dies ist wichtig, da Therapien leicht verfügbare Zellen verwenden können und auch das Problem der Immunabstoßung vermieden werden kann.

Für ihre Studie kultivierten Dr. Yoo und Kollegen die Hautzellen in einer Umgebung, die die von Gehirnzellen nachahmt. In früheren Arbeiten hatten sie bereits entdeckt, dass zwei winzige RNA-Moleküle, miR-9 und miR-124, die Haut in verschiedene Arten von Gehirnzellen einschleusen können.

Obwohl sie immer noch versuchen herauszufinden, was genau passiert, glaubt das Team, dass die zwei kleinen RNA-Moleküle die eng gepackten DNA-Inside-Zellen öffnen, die Anweisungen für die Herstellung von Gehirnzellen enthalten, wodurch die Gene für ihre Entwicklung und Funktion aktiviert werden können.

Nachdem bewiesen wurde, dass die Exposition mit diesen kleinen RNA-Molekülen die Skincellen in eine Mischung aus Gehirnzellen umwandelt, begann das Team mit der Feinabstimmung der Chemikaliensignale. Sie taten dies durch Hinzufügen von Molekülen, die Transkriptionsfaktoren genannt wurden, von denen sie bereits wussten, dass sie in dem Teil des Gehirns vorhanden sind, in dem mittelschwere Neuronen reichlich vorhanden sind.

Transkriptionsfaktoren führen die Zellen zu einem spezifischen Typ

Co-Erstautor Matheus B. Victor, ein Doktorand in Neurowissenschaften, sagt, dass sie glauben, dass die kleinen RNA-Moleküle "die Schwerarbeit machen" und:

"Sie bereiten die Hautzellen zu Neuronen vor. Die Transkriptionsfaktoren, die wir hinzufügen, leiten die Hautzellen zu einem spezifischen Subtyp, in diesem Fall zu mittelgroßen stacheligen Neuronen. Wir denken, wir könnten verschiedene Arten von Neuronen produzieren, indem wir verschiedene Transkriptionsfaktoren ausschalten."

Das Team zeigte auch, dass, wenn die Hautzellen allein den Transkriptionsfaktoren ausgesetzt sind, ohne die kleinen RNA-Moleküle, die Hautzellen nicht erfolgreich umwandeln.

Das Team führte auch umfangreiche Tests durch, um zu zeigen, dass die neuen Gehirnzellen die Merkmale von nativen stacheligen Nervenzellen aufweisen. Sie exprimierten die richtigen Gene für ihren spezifischen Typ und exprimierten keine Gene für andere Arten von Neuronen.

Und wenn sie in die Gehirne von Mäusen transplantiert wurden, sahen die umgewandelten Zellen wie native stachelige Nervenzellen aus und verhielten sich wie diese.

Das Team verwendet nun Hautzellen von Patienten mit Huntington-Krankheit und wandelt sie in mittelgroße stachelige Neuronen um, die ihren neuen Ansatz verwenden. Sie planen auch, die Zellen in Mäuse mit der Krankheit zu injizieren.

Die Studie wurde von verschiedenen Einrichtungen finanziert, darunter die National Institutes of Health (NIH).

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