10.12: Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Стволовые клетки являются недифференцированными клетками, которые делят и производят различные типы клеток. Обычно клетки, которые дифференцируются в определенный тип клеток, являются постмитотичными, то есть они больше не делятся. Тем не менее, ученые нашли способ перепрограммировать эти зрелые клетки так, чтобы они "де-дифференцировались" и возвращались в неспециализированное, пролиферативное состояние. Эти клетки также плюрипотентные, как эмбриональные стволовые клетки, способные производить все типы клеток, и поэтому называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (iPSCs).

iPSCs потенциально ценны в медицине, потому что пациент, который нуждается в определенном типе клеток, например, кто-то с поврежденной сетчаткой из-за макулярной дегенерации, может получить пересадку необходимых клеток, генерируемых из другого типа клеток в их собственном теле. Это называется аутологичной трансплантации, и это снижает риск отторжения трансплантации, которые могут возникнуть, когда ткани пересажены между людьми.

Процесс

Для создания iPSCs, зрелые клетки, такие как фибробласты кожи или клетки крови от человека выращиваются в культуре. Затем гены для нескольких транскрипционных факторов доставляются в клетки с помощью вирусного вектора, а белки транскрипционных факторов выражаются с помощью механизма клетки. Факторы транскрипции затем включают многие другие гены, которые выражаются эмбриональными стволовыми клетками, возвращая клетки в недифференцированное, пролиферативное и плюрипотентное состояние.

Все еще изучается, действительно ли ИПСК эквивалентны эмбриональным стволовым клеткам, но они, похоже, похожи и могут продуцировать клетки всех трех зародышевых листков тела. Как и в случае с другими типами стволовых клеток, ученые изучают, как эффективно стимулировать дифференциацию определенных типов клеток от ИПСК, чтобы необходимые типы клеток могли производиться в адекватных количествах.

Ранние клинические испытания

В ходе первого клинического испытания клетки сетчатки, полученные из ИПСК, были трансплантированы пациентам с возрастной дегенерацией желтого пятна. С тех пор было одобрено несколько клинических испытаний ИПСК для лечения болезни Паркинсона, болезней сердца и травм спинного мозга. Клетки, взятые у пациентов и превращенные в ИПСК, также используются для изучения их заболеваний в лаборатории. В целом ИПСК являются еще одним источником стволовых клеток для научных исследований.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, iPSC, зрелые дифференцированные клетки, такие как клетки кожи, которые перепрограммированы в лаборатории, чтобы быть похожими на недифференцированные эмбриональные стволовые клетки. То есть, они делятся и являются плюрипотентными, способными производить любой тип клеток в теле. Например, клетки сетчатки, которые можно использовать для замены повреждённой ткани сетчатки.

Для создания iPSCs, зрелые клетки, такие как фибробласты кожи, берутся у пациента, и помещаются в культуру. Затем, как правило, гены для факторов транскрипции поставляются вирусными векторами в ядра клеток, где они включаются в геном. Факторы транскрипции затем включают гены, которые выражаются эмбриональными стволовыми клетками, эффективно де-дифференцируя их, и приводя их в плюрипотентное состояние.

Теперь клетки могут делиться и, в идеале, быть направленными для создания конкретного типа клетки в культуре. Затем новые клетки могут быть пересажены обратно пациенту для работы над повреждением или заболеванием с минимальным риском отторжения, потому что они происходят из собственных клеток пациента.

• Induced Pluripotent Cell - A cell reprogrammed to act as a stem cell.
• Stem Cell Dedifferentiation - The process by which a differentiated stem cell reverts back to a multipotent state.
• Differentiated Stem Cells - Cells that have developed to perform specialized functions.
• Undifferentiated Cells - Cells that have not yet acquired a specialized function.
• Pluripotent Cells - Cells capable of giving rise to several different cell types.

• Define Induced Pluripotent Cell - Explain their origin and function (e.g., induced pluripotent cell).
• Contrast Stem Cell Dedifferentiation vs Differentiation - Discuss key differences (e.g., process, end result).
• Explore Examples of Undifferentiated Cells - Describe their nature (e.g., stem cells, progenitor cells).
• Explain Process of Differentiation and Dedifferentiation - discuss the changes that take place in the cell.
• Apply in Context - Explain the importance and applications of induced pluripotent stem cells in medical research.

• What are induced pluripotent cells and how are they different from other stem cells?
• What is stem cell dedifferentiation, and why is it important in regenerative medicine?
• How does differentiation change the function and role of a stem cell?

• Students - Understand how induced pluripotent cells contribute to our understanding of cell differentiation and regeneration.
• Educators - Provides a clear framework for teaching the topic of cell differentiation and pluripotency.
• Researchers - Understand the relevance of induced pluripotent stem cells for scientific study and medical applications.
• Science Enthusiasts - Offer insights into the fascinating process of cell differentiation and its role in diverse biological processes.