ניתן לבצע המרת סוג אחד של תא למשנהו – לדוגמה, תא עור לנוירון – באמצעות תהליך המחייב את תאי העור לתא גזע "פלוריפוטנטי", ואז להבדיל לנוירון. חוקרים ב- MIT המציאו כעת תהליך מפושט העוקף את שלב תאי הגזע, וממירים תא עור ישירות לנוירון.
בעבודה עם תאי עכבר, החוקרים פיתחו שיטת המרה היעילה ביותר ויכולה לייצר יותר מעשרה נוירונים מתא עור יחיד. אם משוכפל בתאים אנושיים, גישה זו יכולה לאפשר יצירת כמויות גדולות של נוירונים מוטוריים, אשר עלולים לשמש לטיפול בחולים עם פגיעות או מחלות בעמוד השדרה הפוגעות בניידות.
הצלחנו להגיע לתשואות בהן נוכל לשאול שאלות אם תאים אלה יכולים להיות מועמדים בר -קיימא לטיפולים להחלפת תאים, שאנו מקווים שהם יכולים להיות. זה המקום בו סוגים אלה של תכנות מחדש טכנולוגיות יכולות לקחת אותנו. "
קייטי גאלווי, פרופסור לפיתוח קריירה של WM Keck בהנדסה ביו -רפואית והנדסה כימית
כצעד ראשון לקראת פיתוח תאים אלה כטיפול, החוקרים הראו שהם יכולים לייצר נוירונים מוטוריים ולבטח אותם למוח העכברים, שם הם השתלבו ברקמות מארחות.
Galloway הוא המחבר הבכיר של שני מאמרים המתארים את השיטה החדשה, המופיעה היום ב מערכות תאיםו הסטודנט לתואר שני ב- MIT, נתן וואנג, הוא המחבר הראשי של שני המסמכים.
מעור לנוירונים
לפני כמעט 20 שנה, מדענים ביפן הראו כי על ידי העברת ארבעה גורמי שעתוק לתאי עור הם יכלו לשדל אותם כדי להפוך לתאי גזע פלוריפוטנטיים (IPSCS). בדומה לתאי גזע עובריים, ניתן להבדיל בין IPSC לסוגי תאים רבים אחרים. טכניקה זו עובדת טוב, אך היא אורכת מספר שבועות, ורבים מהתאים לא מסתיימים במלואם לסוגי תאים בוגרים.
"לעתים קרובות, אחד האתגרים בתכנות מחדש הוא שהתאים יכולים להיתקע במצבי ביניים", אומר גאלווי. "אז אנו משתמשים בהמרה ישירה, שם במקום לעבור ביניים של IPSC, אנו הולכים ישירות מתא סומטי לנוירון מוטורי."
קבוצת המחקר של Galloway ואחרים הראו בעבר המרה ישירה מסוג זה, אך עם תשואות נמוכות מאוד – פחות מאחוז. בעבודה הקודמת של גאלווי, היא השתמשה בשילוב של שישה גורמי שעתוק בתוספת שני חלבונים אחרים שמעוררים את התפשטות התאים. כל אחד משמונת הגנים הללו הועבר באמצעות וקטור נגיפי נפרד, מה שמקשה להבטיח שכל אחד מהם בא לידי ביטוי ברמה הנכונה בכל תא.
בראשון החדש מערכות תאים ניירות, Galloway ותלמידיה דיווחו על דרך לייעל את התהליך כך שניתן יהיה להמיר תאי עור לנוירונים מוטוריים באמצעות שלושה גורמי שעתוק בלבד, בתוספת שני הגנים המניעים תאים למצב מתפשט ביותר.
בעזרת תאי עכבר, החוקרים התחילו עם ששת גורמי התמלול המקוריים והתנסו בהפחתתם, בזה אחר זה, עד שהגיעו לשילוב של שלושה – NGN2, ISL1 ו- LHX3 – שיכולים להשלים בהצלחה את ההמרה לנוירונים.
ברגע שמספר הגנים ירד לשלושה, החוקרים יכלו להשתמש בנגיף שונה אחד כדי לספק את שלושתם, מה שמאפשר להם להבטיח שכל תא יבטא כל גן ברמות הנכונות.
באמצעות נגיף נפרד, החוקרים העבירו גם גנים המקודדים P53DD וגרסה מוטציה של HRAs. גנים אלה מניעים את תאי העור לחלק פעמים רבות לפני שהם מתחילים להמיר לנוירונים, ומאפשרים תשואה גבוהה בהרבה של נוירונים, כ -1,100 אחוזים.
"אם היית מבטא את גורמי התמלול ברמות גבוהות באמת בתאים שאינם פרוליפרטיביים, שיעורי התכנות מחדש היו נמוכים באמת, אבל תאים היפר -פרוליפרטיביים הם יותר פתוחים. זה כאילו הם הוחלפו להמרה, ואז הם הופכים להיות הרבה יותר פתוחים לרמות של גורמי התמלול," אומר גאלווי.
החוקרים פיתחו גם שילוב שונה במקצת של גורמי שעתוק שאיפשרו להם לבצע את אותה המרה ישירה באמצעות תאים אנושיים, אך עם שיעור יעילות נמוך יותר – בין 10 ל -30 אחוזים מעריכים החוקרים. תהליך זה אורך כחמישה שבועות, וזה מעט מהיר יותר מאשר להמיר את התאים ל- IPSCS ואז הופך אותם לנוירונים.
השתלת תאים
ברגע שהחוקרים זיהו את השילוב האופטימלי של גנים להעברת, הם החלו לעבוד על הדרכים הטובות ביותר למסור אותם, שהיה מוקד השני מערכות תאים נְיָר.
הם ניסו שלושה נגיפי מסירה שונים וגילו כי רטרו -וירוס השיג את שיעור ההמרה היעיל ביותר. צמצום צפיפות התאים הגדלים במנה עזר גם לשפר את התשואה הכוללת של נוירונים מוטוריים. תהליך אופטימלי זה, שנמשך כשבועיים בתאי עכבר, השיג תשואה של יותר מ -1,000 אחוזים.
החוקרים בדקו אם עמיתים עם עמיתים באוניברסיטת בוסטון, ובדקו אם ניתן לחטוף בהצלחה את הנוירונים המוטוריים הללו לעכברים. הם העבירו את התאים לחלק מהמוח המכונה הסטריאטום, המעורב בשליטה מוטורית ובתפקודים אחרים.
לאחר שבועיים, החוקרים גילו שרבים מהנוירונים שרדו ונראה כי הם יוצרים קשרים עם תאי מוח אחרים. כאשר הם גדלים במנה, תאים אלה הראו פעילות חשמלית ניתנת למדידה ואת איתות הסידן, מה שמרמז על היכולת לתקשר עם נוירונים אחרים. החוקרים מקווים כעת לחקור את האפשרות להשתיל נוירונים אלה לחוט השדרה.
צוות MIT מקווה גם להגביר את היעילות של תהליך זה להמרה של תאים אנושיים, מה שעלול לאפשר יצירת כמויות גדולות של נוירונים שיכולים לשמש לטיפול בפגיעות או מחלות בעמוד השדרה המשפיעות על שליטה מוטורית, כמו ALS. ניסויים קליניים המשתמשים בנוירונים הנגזרים מ- IPSCS לטיפול ב- ALS מתבצעים כעת, אך הרחבת מספר התאים הזמינים לטיפולים כאלה עשויה להקל על הבדיקה והפיתוח שלהם לשימוש נרחב יותר בבני אדם, אומר גאלווי.
המחקר מומן על ידי המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית והתכנית הלאומית למלגות לחקר הבוגרים של קרן המדע.
