Forscher identifizieren neue Technik zu finden, die seltenen Stammzellen

Tief in das Knochenmark befindet sich eine Art von Zellen, den sogenannten mesenchymalen Stammzellen (MSCs). Diese unreifen Zellen differenzieren sich in Zellen, die produzieren Knochen -, Knorpel -, Fett-oder Muskelgewebe — eine Eigenschaft, die Wissenschaftler haben versucht zu nutzen, für die Reparatur von Gewebe.

In einer neuen Studie, dass sollte es einfacher machen, zu entwickeln, wie Stamm-Zelle-basierte Therapien ein team von Wissenschaftlern vom MIT und der Singapore-MIT Allianz für Forschung und Technologie (SMART) hat festgestellt, dass drei der physikalischen Eigenschaften von MSCs, kann Sie unterscheiden von anderen unreifen Zellen im Knochenmark gefunden. Auf der Grundlage dieser Informationen planen Sie, die Geräte erstellen, dass könnte schnell zu isolieren, MSCs, so dass es leichter zu generieren genug Stammzellen, um Patienten zu behandeln.

Bis jetzt gab es kein guter Weg, um separate MSCs aus Knochenmark-Zellen, die bereits begonnen haben, zur Differenzierung in andere Zelltypen, teilen aber die gleichen Moleküle auf der Zelloberfläche. Dies kann auch der Grund sein, warum die Forschung die Ergebnisse variieren zwischen den Laboren, und warum Stammzell-Behandlungen jetzt in klinischen Studien sind nicht so effektiv wie Sie sein könnten, sagt Krystyn Van Vliet, ein MIT-außerordentlicher professor der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik und biologische engineering und senior-Autor des Papiers, das erscheint in den Proceedings of the National Academy of Sciences diese Woche.

„Einige der Zellen, die Sie setzen und aufrufen von Stammzellen produzieren eine positive therapeutische Ergebnisse, aber viele der Zellen, die Sie setzen, sind nicht“, so Van Vliet sagt. „Unser Ansatz bietet eine Möglichkeit, zu reinigen oder sehr bereichern, für die Stammzellen in der Bevölkerung. Finden Sie jetzt die Nadeln im Heuhaufen, und verwenden Sie Sie für die Therapie beim Menschen.“

Lead-Autoren des Papiers sind W. C. Lee, ein ehemaliger student an der National University of Singapore und SMART, und Hui Shi, ein ehemaliger SMART-postdoc. Andere Autoren sind Jongyoon Han, ein MIT-professor of electrical engineering and biological engineering, SMART Forscher Zhiyong Poon, L. M. Nyan, und Tanwi Kaushik, und National University of Singapore faculty-Mitglieder G. V. Shivashankar, J. K. Y. Chan, and C. T. Lim.

Körperliche Marker

MSCs machen nur einen kleinen Anteil der Zellen im Knochenmark. Andere unreife Zellen gefunden, es sind osteogene Zellen, die bereits begonnen haben, den Entwicklungsweg in Richtung Knorpel – oder Knochen-produzierenden Zellen. Derzeit sind die Forscher versuchen, Sie zu isolieren MSCs basiert auf der protein-Marker gefunden, die auf der Zelloberfläche. Allerdings sind diese Marker sind nicht spezifisch für MSCs und kann liefern auch andere Arten von unreifen Zellen sind differenzierter.

„Konventionelle cell-surface-Marker werden Häufig verwendet, um zu isolieren, die verschiedene Arten von Stammzellen aus dem menschlichen Knochenmark, aber Sie geben nicht genügend ‚Lösung‘ ist zu unterscheiden zwischen Subpopulationen von mesenchymalen Stroma Zellen mit unterschiedlichen Funktionen“, sagt Lee.

Die Forscher machten sich auf die Suche biophysikalische Marker für die multipotenz — Fähigkeit, sich in viele verschiedene Zelltypen. Sie erstmals vermutet, dass die Größe der Zelle könnte ein Faktor sein, weil fetalen Stammzellen des Knochenmarks, die dazu neigen, einen höheren Prozentsatz von MSCs, sind in der Regel klein im Durchmesser.

Um diese Hypothese zu testen, verwendeten die Forscher ein Gerät Han hatte zuvor entwickelt zum erfassen von zirkulierenden Tumorzellen anhand Ihrer Größe. Sie isolierten Knochenmark-Zellen auf der Basis der Größe und gefunden, dass, während keine der größeren Zellen wurden multipotente, nicht alle der kleineren Zellen wurden multipotente, so dass Größe allein kann nicht verwendet werden, zu unterscheiden MSCs.

Nach der Messung mehrere andere physikalische Eigenschaften, die Forscher fand zwei, die kombiniert werden könnte mit der Größe völlig unterscheiden MSCs von anderen Stammzellen: Steifigkeit der Zelle und den Grad der Fluktuation in der Zelle, die Kernmembran.

„Sie brauchen nicht mehr als diese drei, aber Sie können auch nicht weniger als diese drei,“ Van Vliet sagt. „Wir haben jetzt ein Tripel von Merkmalen identifiziert, die Populationen von Zellen, die multipotent versus Populationen von Zellen, die nur gehen, um sein können zu Knochen-oder Knorpelzellen.“

Diese Eigenschaften scheinen dem zu entsprechen, was bereits bekannt ist über Stammzellen, Van Vliet sagt. Im Vergleich mit Zellen, die haben sich bereits verpflichtet, bis zu Ihrem endgültigen Schicksal, unreifen Zellen haben genetische material, das bewegt sich im inneren des Zellkerns, mehr zu produzieren Schwankungen der nuklearen Zellmembran. Stammzellen haben auch eine weniger starre zytoskeletts Struktur als jene von hoch differenzierten Zellen, zumindest wenn Sie eingehalten werden, um Materialien wie Glas, wodurch diese befestigt Zellen scheinen weniger steif.

Bessere regeneration

Dann testeten die Forscher die regenerativen Fähigkeiten der isolierten MSCs in Mäusen. Sie fanden, dass diese Zellen helfen könnte, Reparatur sowohl Muskel-und Knochen-Verletzungen, während die Zellen identifiziert, die als osteogene Stroma-Zellen waren in der Lage zu reparieren Knochen, aber nicht Muskel -.

„Wir haben die erste demonstration, dass Subpopulationen von mesenchymalen Stromazellen identifiziert werden können und hochangereichertes für Knochen-Wachstum und Muskel-Reparatur“, sagt Lee. „Wir erwarten, dass dieser Ansatz wäre auch wichtig, bei der Auswahl und Reinigung von Knochenmark gewonnenen Stammzellen für die Reparatur von Gewebe in der human-Patienten leiden unter einer Reihe von Gewebe-degenerative Erkrankungen.“

Das team arbeitet nun auf high-speed-Methoden für die Trennung von MSCs. Die Schaffung von mehr Reine Populationen dieser Zellen führen sollte, um effektiver Stammzell-Therapien für Gewebe-Verletzungen, Van Vliet sagt.

„Anstatt in 30 Prozent der Zellen, die Sie wollen, und 70 Prozent Füller, Sie setzen 100 Prozent der Zellen, die Sie wollen“, erklärt Sie. „Das sollte dazu führen, dass mehr zuverlässige Patienten-outcomes, weil Sie nicht gehen, um diese Variabilität von charge zu charge, oder patient zu patient, wie viele von jeder Zellpopulation vorhanden sind.“

Van Vliet und Poon hoffe auch, dass zu Beginn einer klinischen Studie der osteogenen Zellen isoliert, die in dieser Studie, die beweisen könnte nützlich für die Behandlung von Knochen-Verletzungen.

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