幹細胞生物学入門

Developmental Biology

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Summary

さまざまな幹細胞と呼ばれる細胞種類に区別することができる細胞は今日科学の最もエキサイティングな分野の一つのセンターで。幹細胞生物学者は、どのようにこれらの細胞の機能を調節する基本的なメカニズムを理解しています。これらの研究者は、人間の病気を治療する幹細胞の驚くべき潜在性を利用することに興味を持っています。

ここでは、ゼウスは、幹細胞生物学の魅惑的な世界に導入を示します。まずは画期的な研究のタイムラインを最初から実験的証拠のようなより多くの最近の進歩を 1960 年代に造血幹細胞誘導多能性幹細胞。たとえば、幹細胞生物学について次に、キーの質問を紹介: どのようにこれらの細胞が自己更新を受けることを彼らのユニークな能力を維持するか。これは、これらの質問に回答するために使用いくつかの著名な手法の議論が続きます。最後に、いくつかの実験は、再生医療における幹細胞の使用方法を示すに表示されます。

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JoVE Science Education Database. 発生生物学の必需品. 幹細胞生物学入門. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

その名の通り、幹細胞が前駆体から多くの異なったセルタイプ「幹。」彼らは彼らの効力、またはすべての 3 つの細菌層の更新、またはより多くの幹細胞を生成する能力から細胞に分化する能力が特徴です。発生生物学や再生医療の分野の進歩を期待して幹細胞の研究者はこれらのユニークな細胞がこのような主要な偉業を達成する方法を理解しています。

このビデオでは、幹細胞生物学、キーの質問はこの分野の科学者が、幹細胞研究や幹細胞研究のアプリケーションによって使用される顕著な方法の分野の主要な発見をカバーしています。

今では幹細胞の概念を導入して、幹細胞の研究の歴史を詳しく見てみましょう。

1960 年代、夫妻アーネスト ・ マコラック、ジェイムズ ・ ティルいくつかの成人の哺乳類の骨髄への造血幹細胞が存在する最初の決定的な証拠を発見しました。これらの細胞は自己更新する能力を持ち、多能性、彼らが限られているが、複数細胞すなわち血液と免疫系の細胞の種類を区別できることを意味です。

1988 年、アーヴィング ワイズマンと同僚は、マウス骨髄造血幹細胞の純化法を完成させました。

1981 年、教授ゲイル ・ マーティンの造語「胚性幹細胞」異なり、造血幹細胞、胚性幹細胞は体のすべての種類の細胞に分化する能力を持つ多能性です。彼女は、マーティン ・ エヴァンズ、マシュー ・ カウフマンは科学者が同時に、別々 に、方法を開発マウス胚盤胞の内部細胞塊を抽出し、それらを文化体外幹細胞として。

1998 年、マウス胚性幹細胞の分離後 10 年以上博士ジェームズ ・ トムソンに成功した最初の人間の萌芽期の幹細胞ライン

2006 年に大躍進は山中伸弥博士によって考案としての誘導多能性幹細胞の出現で発生しました。ジョン ・ ゴードンの仕事を構築する、山中「山中因子」と呼ばれる転写因子発現を誘導するレトロ ウイルスを用いた分化プログラムし直す細胞多能性状態にする方法を開発 結果セルは、「誘導多能性幹細胞」または「Ips」を命名されました。これらの実験は山中とゴードンが 2012 年にノーベル賞を受賞したので根本的に重要であると考えられていた。

現時点では、複数の組織で複数の人間の病気と再生プラットフォームの iPSC モデル今あります。

今日、幹細胞の研究は、いくつかの包括的な質問によって駆動されます。

最も重要なのいずれかこれらの質問は: どのように幹細胞維持する多能性と更新?これらのプロパティを付与する幹細胞の 2 つの関連の特徴があります。幹細胞性と自己再生に不可欠な特定遺伝子の発現が最初です。次に、これらの遺伝子の発現に影響する調節因子を細胞の応答性。

次の論理的な質問は: 監督幹細胞の分化はどうですか?幹細胞が成熟した細胞に成長するよう、特定の分化経路の活性化は遺伝子発現の変化、幹細胞の遺伝子や組織特異遺伝子を切るその細胞の機能と形態の特殊化の増加の結果を誘導します。

最後に、幹細胞研究の資金を運転主な問題に取り組む: 幹細胞は、病気を治療するために使用できますか?再生医療は 2 つの方法でこの問題に取り組んでいます: 1) 演習では、臓器を再生、2) 移植組織変性を治療する幹細胞を提供することによって。

今、私たちはそれらに対処するため使用される顕著な方法のいくつかに行こう、幹細胞生物学に関する重要な質問のいくつかを紹介しました。

どの遺伝子を与える効力と幹細胞の更新を発見するマイクロ アレイ技術を用いることができます。この手法では総 RNA は現在の遺伝子発現のスナップショットとして機能する細胞集団から分離されます。一連の手順、この mRNA は蛍光に分類されたプローブに変換され、全体の人間のゲノムの転写産物を含むチップにハイブリダイズします。このチップをスキャンは、相対的な遺伝子発現プロファイルの読み出しを提供します。あなたが見ることができる、幹細胞は分化した細胞とは異なる遺伝子の特定のセットを表しています。

多能性遺伝子の別の測定には、Oct4 GFP 検出システムが含まれます。Oct4 は自己複製に必要なすぐにダウン規制中に分化。したがって、その表現は「幹細胞性」の信頼性の高い指標として機能します。この実験では、細胞は、Oct4 プロモーターの制御下で緑色蛍光タンパク質を表現します。これらの細胞が実験的操作、ことができますと GFP 発現の変化を分析し新しい遺伝子または自己再生を調節する可溶性因子を特定します。

幹細胞の in vitro研究するために、我々 は最初それらを培養する方法を理解する必要があります。幹細胞は、幹細胞性を維持するために特定の微小環境を必要とします。これは、マウス胚性線維芽細胞など MEFs、フィーダー細胞と幹細胞を共培養によって達成することができます。MEFs は必要な多能性と自己複製因子の複雑な混合物を分泌します。

回では、幹細胞のフィーダー フリー培養することをお勧めします。無料のフィーダー細胞を維持するために main メソッドは、ストック試薬を用いる成長と抑制因子の細胞培養媒体を補足することです。

幹細胞の in vitro分化には、いくつかの方法を使って実現されます。遺伝子発現は、最終的に細胞の特殊化します。ツーステップのメソッドを見るここでは、培養マウス胚性幹細胞が神経細胞の運命がさらに前に準備万端は運動ニューロン誘導培地で区別されます。これらの要因は、遺伝子発現、形態の結果とプロテオーム変化運動ニューロンの特性の特定の経路をアクティブにします。

従来の in vitro分化の 1 つの主な欠点は、平板が細胞の 3 D の成長を制限することです。ハンギング ドロップ法とマイクロ カプセル法はこれらの問題を回避します。中吊りでドロップ手法、幹細胞懸濁液の小滴のシャーレの蓋のメッキおよび逆さまを培養した幹細胞胚様体と呼ばれる集合体を形成します。

マイクロ カプセル化方法では、幹細胞と混合生体適合性の半透膜はアルギン酸と呼ばれる、細胞培養皿にビーズとして入金します。両方の方法は、さらにドーパミン作動性神経細胞や心筋細胞などの特殊な細胞に分化します。

分化は、幹細胞を用いた再生医療への大きな一歩に指示する方法を知っています。幹細胞移植療法は、治療、幹細胞を用いた修復損傷した組織に変性疾患の治療を目指しています。この実験では、患者の体細胞は iPS 細胞山中因子の lentivral 感染症に再プログラムします。彼らの多能性の状態からセルを特定のセルタイプに区別して損傷した組織を修復するホストに返されます。

今では、幹細胞を調査するために使用するメソッドのいくつかを知っている特定の実験にこれらのメソッドを適用する方法を見てをみましょう。

多発性硬化症のマウスモデルを用いた実験の結果, 神経幹細胞は、影響を受けるマウスに静脈内注入されます。扱われたマウスの脳スライスは収集され、移植の成功を評価するために顕微鏡下でイメージを作成します。ドナー神経前駆細胞由来細胞は、LacZ レポーターの遺伝子を使用して追跡されます。あなたが見ることができるドナー幹細胞数が区別され、病気にかかったマウスの中枢神経系に統合します。

すべての病気は、全身の注射によって扱うことができるとは限りません。軟骨の損傷、たとえば、周りを再構築する特殊な足場が必要です。この実験では、間葉系幹細胞と血液凝固因子の混合物は、血栓を形成する一緒に培養します。血栓はウサギの破損している膝の軟骨に配置し、統合を許可します。この手順では、機能的な滑らかな関節に膝の軟骨の改造を観察できます。

時に、幹細胞の研究者および組織エンジニア チームを全体の器官を再構築します。この実験では、霊長類の肺を洗浄して、非発泡構造コンポーネントのみを残して、臓器を decellularize します。この「ゴースト」肺は、それは血管上皮幹細胞の播種は、バイオリアクターに転送されます。さらに圧力と自然な肺が発生する動作を模倣、バイオリアクターはメディアを循環する、圧力およびガスのレベルを維持、肺を膨らませます。

ゼウスの幹細胞生物学の概要を見てきただけ。要約すると、このビデオが話し合った幹細胞とその歴史、メンテナンス、分化および配信メソッド、および幹細胞アプリケーション。見てくれてありがとう!

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