Weefselregeneratie met somatische stamcellen

Somatische stamcellen spelen een belangrijke rol bij het onderhoud en de reparatie van een breed scala aan weefsels. Deze stamcellen, net als hun ouderlijke embryonale stamcellen, zijn in staat tot bijna onbeperkte zelfvernieuwing. In tegenstelling tot embryonale stamcellen, die zich kunnen differentiëren in een breed scala aan celtypen, ontstaan somatische stamcellen later in de ontwikkeling en hun lot is beperkt tot cellen van een specifiek orgaan.

Deze video behandelt de principes van weefselregeneratie, hoe wetenschappers de rol van somatische stamcellen in weefselreparatie na letsel onderzoeken, en enkele toepassingen die somatische stamcellen gebruiken om weefselregeneratie te induceren.

Laten we beginnen met de principes van weefselregeneratie na letsel of schade. Somatische stamcellen zijn geïdentificeerd in verschillende weefsels, waaronder hersenen, beenmerg, skeletspieren, hart, lever en darmen.

Over het algemeen differentiëren deze hernieuwbare bron van stamcellen eerst in lot-beperkte voorlopercellen voordat ze uiteindelijk functioneel gespecialiseerde cellen vormen. Een klassiek voorbeeld hiervan is het dagelijkse fysiologische proces dat hematopoëse wordt genoemd. In dit proces vormen somatische stamcellen in het beenmerg de voorlopercellen van het bloed en het immuunsysteem, die zich verder differentiëren tot de cellen van hun respectieve systemen.

Uit het oogpunt van weefselregeneratie is aangetoond dat somatische stamcellen in het skeletmuskelweefsel een rol spelen bij weefselreparatie. Wanneer een spier beschadigd is, worden deze cellen aangetrokken naar de plaats van letsel en differentiëren om beschadigde cellen te vervangen.

Hoe weten somatische stamcellen dat het tijd is om aan het werk te gaan? Wanneer cellen beschadigd zijn, geven ze oplosbare chemo-attractanten vrij, zoals chemokinen, die somatische stamcellen naar de plaats van letsel aantrekken. Deze cellen kunnen vervolgens differentiëren tot het doelweefselceltype. Naast het leveren van een voorraad nieuwe cellen, kunnen somatische stamcellen lokale veranderingen induceren, zoals de aanmaak van nieuwe bloedvaten die wondgenezing bevorderen.

Het regeneratieve vermogen van endogene somatische stamcellen is mogelijk niet altijd voldoende om beschadigd of ziek weefsel te repareren. Daarom onderzoeken wetenschappers hoe de toediening van exogene groepen somatische stamcellen kan worden gebruikt om dergelijke aandoeningen te behandelen.

Nu je de biologie van weefselregeneratie begrijpt, laten we een voorbeeld bekijken van hoe wetenschappers somatische stamcellen kunnen isoleren en toedienen om weefselreparatie te induceren. Met behulp van de volgende methode laten wetenschappers zien hoe spierstamcellen, zogenaamde satellietcellen, helpen bij weefselregeneratie na letsel.

Eerst worden skeletspieren uit een donormuis gedissecteerd en verteerd met behulp van een dissociërend enzym, bijvoorbeeld collagenase. Vervolgens worden satellietcellen geïsoleerd, en een manier om dat te doen is door deze cellen te incuberen met antilichamen gebonden aan magnetische kralen, die vervolgens op een magnetische kolom worden gezuiverd. Na zuivering worden de satellietcellen gekweekt in cultuur en vervolgens gedifferentieerd tot myogene voorlopercellen door differentiatiemedium toe te voegen.

Ondertussen wordt een ontvangermuis voorbereid door intramusculaire injectie van een toxine, wat resulteert in spierzwakte of spierdystrofie. Voorbereide myogene voorlopercellen worden vervolgens geïnjecteerd in de skeletspieren van de dystrofische muis. Uiteindelijk kan succesvolle integratie en differentiatie van donorcellen worden bepaald door immunohistochemie. Functionele verbetering van het dystrofe fenotype kan worden beoordeeld met een loopbandtest.

Nu je hebt gezien hoe somatische stamcellen kunnen worden geïsoleerd en gemanipuleerd in een weefselregeneratie-experiment, laten we eens kijken naar enkele van de downstream in vitro en in vivo toepassingen van deze unieke klasse cellen.

Naast het injecteren van somatische stamcellen in in vivo diermodellen, bedenken wetenschappers ook manieren om het lot van deze cellen in vitro te manipuleren. In dit experiment differentieerden wetenschappers stamcellen in functionele skeletspiercellen door eerst een petrischaal met ankers voor te bereiden. Stamcellen werden vervolgens gekweekt, gemengd in een collageen- en gelmatrix en verankerd in de speciaal ontworpen petrischalen.

Vervolgens werden deze verankerde stamcellen elektrisch gestimuleerd door elektroden geplaatst in differentiatiecultuurmedia, wat leidde tot de in vitro vorming van functionele, volwassen spierconstructies. Immunofluorescentie bevestigde de expressie van gedifferentieerde skeletspiercelmarkers: actine, in rood, en myosine, in groen.

Somatische stamcellen hebben ook belofte getoond als potentiële regeneratieve therapieën voor aandoeningen van het centrale zenuwstelsel. In deze methode verzamelen wetenschappers eerst donorneuronweefsel van een transgenische rattenfoetus die groen fluorescent proteïne tot expressie brengt en geïsoleerde neuronale stamcellen worden behandeld in een fibrinematrix met een groeifactorcocktail. Vervolgens worden de behandelde neuronale stamcellen geïnjecteerd op de plaats van de ruggenmergletsel van de ontvangermuis. Getransplanteerde donorcellen bleken goed te zijn geïntegreerd en vulden de holten in de ruggenmergletsel.

Om beter te begrijpen hoe somatische stamcellen zich integreren in weefsels na injectie in een gastheer, hebben wetenschappers een methode ontwikkeld om ze in vitro fluorescent te labelen voorafgaand aan injectie. In dit experiment verzamelen wetenschappers somatische stamcellen uit muisbeenmerg en transfecteren ze stabiel met verschillende fluorescente proteïnegenen met behulp van een viraal vectorsysteem. De getransduceerde cellen werden vervolgens geïnjecteerd in de staarvan een ontvangermuis. Na verloop van tijd werden organen van de ontvangermuis gehaald en werd fluorescentiemicroscopie gebruikt om de locatie van cellen in verschillende weefsels te volgen.

Je hebt zojuist JoVE's video over somatische stamcellen bekeken. Deze video behandelt de principe