Forskere ved Babraham Institute (USA) har opdaget en metode til at forynge menneskelige hudceller på 30 år og skrue tiden tilbage for celleældning uden at miste deres funktion.
Arbejdet fra forskere i det førnævnte instituts forskningsprogram Epigenetics har været i stand til delvist at genoprette funktionen af ældre celler samt forynge molekylære mål for biologisk alder. Forskningen blev offentliggjort i dag i tidsskriftet "eLife", og selvom den er i et tidligt udforskningsstadium, kan den revolutionere regenerativ medicin.
Efterhånden som vi bliver ældre, falder vores cellers evne til at fungere, og genomet ophober sig tegn på ældning. Regenerativ biologi har til formål at reparere eller genopbygge celler, herunder levende.
Et af de vigtigste værktøjer inden for regenerativ biologi er dets evne til at skabe celler, der er inducerbare. Processen er resultatet af flere trin, som hver for sig sletter nogle af de mærker, der får celler til at specialisere sig. I teorien har disse stamceller potentialet til at konvertere til enhver celletype, men forskerne kan endnu ikke pålideligt genskabe betingelserne for at omdifferentiere stamceller til alle celletyper.
Et af de vigtigste værktøjer i regenerativ biologi er dets evne til at skabe celler til at inducere
Den nye metode, der er baseret på den nobelprisvindende teknik, som videnskabsmænd bruger til at fremstille stamceller, overvinder problemet med fuldstændig at slette cellulær identitet ved at stoppe omprogrammering i processen. Dette gjorde det muligt for forskerne at finde den præcise balance mellem at omprogrammere cellerne, hvilket gjorde dem biologisk yngre, mens de stadig var i stand til at genvinde deres specialiserede cellulære funktion.
I 2007 var Shinya Yamanaka en videnskabelig pioner i at omdanne normale celler, som har en bestemt funktion, til modne celler, der har den særlige evne til at blive til en bestemt type celle. Hele stamcelleomprogrammeringsprocessen kræver omkring 50 dage ved at bruge fire nøglemolekyler kaldet Yamanaka-faktorer.
Den nye metode, kaldet "modningsfaseovergangsomprogrammering", udsætter celler for Yamanaka-faktorer i kun 13 dage. På dette tidspunkt fjernes de sengerelaterede ændringer, og cellerne stenes midlertidigt om deres identitet. De delvist omprogrammerede celler får tid til at vokse under normale forhold, for at se om deres hudcellespecifikke funktion vender tilbage. Genomanalysen viste, at cellerne har genfundet de karakteristiske mærker af hudceller (fibroblaster), bekræftet ved at observere produktionen af kollagen i de omprogrammerede celler.
For at vise, at celler er forynget, leder forskerne efter ændringer i aldringskarakteristika.
Som Diljeet Gill forklarede: "Vores forståelse af aldring på molekylært niveau har udviklet sig i løbet af det sidste årti, hvilket har givet anledning til teknikker, der gør det muligt for forskere at måle aldersrelaterede biologiske stoffer i menneskelige celler. "Vi var i stand til at anvende dette på vores eksperiment for at bestemme omfanget af omprogrammering, der ændrede vores nye metode."
De omprogrammerede celler matcher profilen af celler, der vil være 30 år yngre sammenlignet med referencegrupperne
Forskerne så på flere måder for cellulær alder: det epigenetiske ur, hvor kemiske mærker til stede i hele genomet indikerer alder, og transkriptomet, alle udlæsninger af gener produceret af cellen. Baseret på disse to målinger matcher de omprogrammerede celler profilen af celler, der vil være 30 år yngre sammenlignet med referencedatasættene.
De potentielle anvendelser af denne teknik afhænger af, om cellerne ikke kun ser yngre ud, men også fungerer som unge celler. Fibroblaster producerer kollagen, et molekyle, der findes i knogler, hud, sener og ledbånd, som hjælper med at strukturere væv og hele sår. De foryngede fibroblaster producerede flere kollagenproteiner sammenlignet med kontrolceller, der ikke blev givet under omprogrammeringsprocessen. Fibroblaster flytter også til områder, der skal repareres.
Forskerne undersøgte de delvist foryngede celler og fandt ud af, at de behandlede fibroblaster filmede mod hullet hurtigere end ældre celler. Dette er et lovende tegn på, at denne forskning en dag kan bruges til at skabe celler, der er bedre til at hele sår.
Vi har bevist, at celler kan forynges uden at miste deres funktion, og at foryngelse søger at genoprette nogle funktioner til gamle celler.
I fremtiden kan denne forskning også åbne op for andre terapeutiske muligheder; Forskerne bemærkede, at metoden også inkluderer en nøgtern effekt af gener relateret til indespærring og uddannelsesrelaterede syndromer. APBA2-genet, der er forbundet med Alzheimers sygdom, og MAF-genet med en rolle i udviklingen af grå stær, viste begge ændringer i retning af unge transkriptionsniveauer.
Mekanismen bag vellykket forbigående omprogrammering er endnu ikke fuldt ud forstået og er den næste brik i puslespillet at udforske. Hej. Forskerne spekulerer i, at nøgleområder af genomet, der er involveret i udformningen af cellulær identitet, kan undslippe omprogrammeringsprocessen.
Diljeet konkluderer, at "vores resultater repræsenterer et stort skridt fremad i forståelsen af cellulær omprogrammering. Vi har bevist, at celler kan forynges uden at miste deres funktion, og at foryngelse søger at genoprette nogle funktioner til gamle celler. "Det faktum, at vi også så en vending af aldringsindikatorer i gener forbundet med sygdomme, er særligt lovende."
manuel serrano
Yamanaka faktorer
Forskere fra Cellular Plasticity and Disease-laboratoriet på Biomedical Research Institute (IRB) i Barcelona, ledet af ICREA-forsker Manuel Serrano, har formået at forynge nogle organer og væv hos mus gennem en cyklus med cellulær omprogrammering. Specifikt har forskere observeret betydelige ændringer i bugspytkirtlen, leveren, milten og blodet hos gnavere.
"Målet med dette arbejde var at identificere de indledende processer af in vivo omprogrammering og cellulær foryngelse med ideen om at identificere dem, hvori de kan gribe ind i fremtidige undersøgelser, enten gennem lægemidler eller på et ernæringsmæssigt niveau," forklarer Serrano. .
I undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet "Aging Cell", har forskerne undersøgt virkningerne af en enkelt stimuleringscyklus af Yamanaka-faktorer for bedre at kunne definere de involverede mekanismer.
For at gøre dette har de analyseret de ændringer, der sker med aldring i metabolisme, genekspression og tilstanden af cellernes DNA, og hvordan disse delvist vendes ved omprogrammering.
"Vi ønskede at studere de indledende virkninger af foryngelsesprocessen, og det har været en behagelig overraskelse at observere forbedringer på molekylært niveau, især i bugspytkirtlen," konkluderede Dafni Chondronasiou, førsteforfatter til artiklen.
