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줄기 세포 생물학 소개

Overview

줄기 세포로 알려진 다양한 세포 유형으로 분화 할 수있는 세포는 오늘날 가장 흥미로운 과학 분야 중 하나의 중심에 있습니다. 줄기 세포 생물학자는 이 세포가 어떻게 작동하는지 통제하는 기본적인 기계장치를 이해하기 위하여 일하고 있습니다. 이 연구원은 또한 인간적인 질병을 취급하기 위하여 줄기 세포의 현저한 잠재력을 이용에 관심이 있습니다.

여기서 JoVE는 줄기 세포 생물학의 매혹적인 세계에 대한 소개를 제공합니다. 우리는 1960 년대에 조혈 줄기 세포에 대 한 첫 번째 실험 기록에서 획기적인 연구의 타임 라인으로 시작, 유도 된 만능 줄기 세포 같은 더 최근의 돌파구에. 다음으로, 줄기 세포 생물학에 대한 주요 질문이 소개됩니다, 예를 들면: 이 세포는 어떻게 자기 갱신을 겪는 그들의 유일한 능력을 유지합니까? 다음은 이러한 질문에 대답하는 데 사용되는 몇 가지 중요한 방법에 대한 토론이 뒤따릅니다. 마지막으로, 재생 의학에서 줄기 세포의 사용을 입증 하기 위해 몇 가지 실험 제시.

Procedure

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그들의 이름에서 알 수 있듯이, 줄기 세포는 많은 다른 세포 모형 "줄기"인 선구자입니다. 그(것)들은 그들의 힘, 또는 3개의 세균 층, 뿐 아니라 그들의 갱신성, 또는 더 많은 줄기 세포를 생성하는 능력에서 세포로 분화하는 기능에 의해 특징지었습니다. 발달 생물학 및 재생 의학의 분야를 발전시키기를 희망하기 위하여, 줄기 세포 연구원은 이 독특한 세포가 어떻게 그런 중요한 위업을 달성하는지 이해하기 위하여 노력하고 있습니다.

이 비디오는 줄기 세포 생물학 분야의 주요 발견, 이 분야의 과학자들이 묻는 주요 질문, 줄기 세포 연구원이 사용하는 저명한 방법 및 줄기 세포 연구의 응용 분야를 다룹니다.

이제 줄기 세포 개념을 도입했기 때문에 줄기 세포 연구의 풍부한 역사를 살펴보겠습니다.

1960 년대에, 박사 어니스트 맥컬록과 제임스 틸 성인 포유류의 골수에 조혈 줄기 세포의 존재에 대한 첫 번째 확실한 증거의 일부를 발견. 이 세포는 자기 갱신하는 기능이 있고 다능하다는 것을 의미합니다, 그러나 혈액과 면역 계통의 세포, 즉 세포의 다중, 그러나 제한한 모형으로 분화할 수 있다는 것을 의미합니다.

1988년, 어빙 바이스만과 동료들은 마우스 골수에서 조혈 줄기 세포를 정화하는 방법을 완성했습니다.

1981년 게일 마틴 교수는 "배아 줄기 세포"라는 용어를 만들어 주었습니다. 조혈 줄기 세포와는 달리, 배아 줄기 세포는 바디의 모든 세포 모형으로 분화하는 기능을 가진 다능합니다. 그녀와 과학자 마틴 에반스와 매튜 카우프만, 동시에, 그러나 별도로, 마우스 배반세포에서 내부 세포 질량을 추출하고 줄기 세포로 시험관 내에서 배양하는 방법을 개발했습니다.

1998년, 마우스 배아 줄기 세포의 격리 후 10년이 넘는 세월동안 제임스 톰슨 박사는 최초의 인간 배아 줄기 세포주를 성공적으로 확립했습니다.

2006년 야마나카 신야 박사가 고안한 유도만능 줄기세포의 출현으로 큰 돌파구가 생겼습니다. 존 구르돈의 작업을 바탕으로 야마나카는 레트로바이러스를 사용하여 현재 "야마나카 요인"으로 알려진 작은 전사 요인의 발현을 유도함으로써 분화 세포를 다능한 상태로 재프로그래밍하는 방법을 개발했습니다. 결과 세포는 "유도 된 만능 줄기 세포"또는 "iPSC"라는 이름이 지정되었습니다. 이러한 실험은 야마나카와 구르돈이 2012년 노벨상을 수상하는 데 매우 중요한 것으로 여겨졌습니다.

현재, 우리는 지금 몇몇 인간적인 질병의 iPSC 모형을, 및 다중 조직에 있는 재생 플랫폼을 가지고 있습니다.

오늘, 줄기 세포 연구는 몇 가지 중요한 질문에 의해 구동된다.

이러한 질문의 가장 중요 한 중 하나는: 줄기 세포 는 어떻게 와 갱신을 유지 합니까? 이러한 특성을 부여하는 줄기 세포의 두 가지 관련 특성이 있습니다. 첫째는 줄기와 자기 갱신에 필수적인 특정 유전자의 발현입니다. 두 번째는 이러한 유전자의 발현에 영향을 미치는 조절 인자에 대한 줄기 세포의 반응성입니다.

다음 논리적 질문은 줄기 세포의 분화는 어떻게 지시되는가하는 것입니다. 줄기 세포가 성숙한 세포로 발전함에 따라, 특정 분화 경로의 활성화는 유전자 발현의 변화를 유도하고 줄기 세포 유전자를 끄고 조직 특정 유전자를 켜서 세포 기능 및 형태학의 전문화를 증가시합니다.

마지막으로, 줄기 세포 연구 자금을 구동 하는 주요 질문을 해결 하자: 줄기 세포를 질병을 치료 하는 데 사용할 수 있습니까? 재생 의학은 두 가지 방법으로이 질문을 해결: 1) 실험실에서 장기를 다시 성장 하 여, 그리고 2) 조직 퇴성을 치료 하기 위해 이식을 통해 줄기 세포를 전달 하 여.

이제 줄기 세포 생물학에 관한 몇 가지 주요 질문을 제시했습니다.

마이크로어레이 기술은 어떤 유전자가 줄기 세포에서 효능과 갱신성을 부여하는지 발견하는 데 사용될 수 있습니다. 이 기술에서, 총 RNA는 현재 유전자 발현의 스냅샷역할을 하는 세포의 집단으로부터 분리된다. 일련의 단계에서, 이 mRNA는 형광표지 프로브로 변환되고 전체 인간 게놈의 전사체를 포함하는 칩으로 혼성화된다. 이 칩을 스캔하면 상대적인 유전자 발현 프로파일을 판독할 수 있습니다. 당신이 볼 수 있듯이, 줄기 세포는 분화 된 세포와 다른 유전자의 특정 세트를 표현합니다.

흉부 유전자에 대한 또 다른 분석은 10월4-GFP 검출 시스템을 포함한다. 10월4일은 자기 갱신을 위해 필요하며, 차별화 시 신속하게 다운 규제됩니다. 따라서 표현식은 "줄기"의 신뢰할 수 있는 지표역할을 합니다. 이 실험에서 세포는 Oct4 프로모터의 통제 하에 녹색 형광 단백질을 표현합니다. 이 세포는 그 때 실험적으로 조작될 수 있고, GFP 발현에 있는 변경은 자기 갱신을 변조하는 새로운 유전자 또는 수용성 인자를 확인하기 위하여 분석됩니다.

체외에서줄기 세포를 연구하기 위해, 우리는 먼저 그들을 배양하는 방법을 이해해야합니다. 줄기 세포는 줄기를 유지하기 위해 특정 미세 환경이 필요합니다. 이것은 마우스 배아 섬유아세포, 또는 MEFs와 같은 피더 세포를 가진 줄기 세포를 공동 배양하여 달성될 수 있습니다. MEFs는 필요한 흉부 및 자기 갱신 요인의 복잡한 혼합물을 분비합니다.

때때로, 줄기 세포의 피더없는 배양을 갖는 것이 바람직하다. 피더가 없는 세포주를 유지하는 주요 방법은 세포 배양 배지를 성장 및 억제 요인의 재고 시약으로 보충하는 것입니다.

시험관 내줄기 세포를 분화하는 것은 여러 가지 방법을 사용하여 달성된다. 차동 유전자 발현은 궁극적으로 세포의 전문화에 대한 책임이 있습니다. 여기서 볼 수 있는 2단계 방법에서, 배양된 마우스 배아 줄기 세포는 운동 신경 유도 매체로 더 분화되기 전에 뉴런 운명을 위해 준비된다. 이러한 요인은 유전자 발현의 특정 경로를 활성화하여 운동 뉴런의 형태학적 및 프로테오믹 변화를 일으킵니다.

전통적인 체외 분화의 한 가지 주요 단점은 평평한 플레이트가 세포의 3D 성장을 제한한다는 것입니다. 매달려 있는 방울 방법과 마이크로 캡슐 방법은 이러한 문제를 우회합니다. 매달려 있는 낙하 기술에서, 줄기 세포 현탁액의 작은 방울은 페트리 접시의 뚜껑에 도금되고 배아 체로 알려진 줄기 세포의 집합체를 형성하기 위하여 거꾸로 배양됩니다.

미크캡슐화 방법에서 줄기 세포는 알기네이트라고 불리는 생체 적합성 반응성 멤브레인과 혼합되어 세포 배양 판에 구슬로 증착됩니다. 두 방법 모두 도파민성 뉴런과 심근세포와 같은 특수 세포로 의분화를 허용합니다.

분화를 지시하는 방법을 아는 것은 재생 의학에서 줄기 세포를 사용하는 방향으로 중요한 단계입니다. 줄기 세포 이식 요법은 줄기 세포로 손상된 조직을 수리하여 퇴행성 질환을 치료하고 치료하는 것을 목표로합니다. 이 실험에서, 환자에서 체세포는 야마나카 요인의 렌즈폐 감염을 통해 iPS 세포로 다시 프로그래밍됩니다. 그들의 다능성 상태에서, 세포는 특정 세포 모형으로 분화되고 손상된 조직을 복구하기 위하여 호스트로 돌아갑니다.

줄기 세포를 조사하는 데 사용되는 몇 가지 방법을 알고 있으므로 이러한 방법이 특정 실험에 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.

다발성 경화증의 마우스 모형을 사용하여 이 실험에서는, 신경 줄기 세포는 영향 받은 마우스로 정맥으로 주입됩니다. 치료된 마우스의 뇌 조각은 이식의 성공을 평가하기 위해 현미경으로 수집및 이미지화됩니다. 기증자 뉴런 전구체 세포로부터 유래된 세포는 리포터 유전자 LacZ를 사용하여 추적된다. 당신이 볼 수 있듯이, 기증자 줄기 세포의 숫자는 분화 하 고 병은 쥐의 중앙 신 경계에 통합.

모든 질병이 전신 주사로 치료할 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어 연골 부상은 재건하기 위해 특수 비계가 필요합니다. 이 실험에서는 중간엽 줄기 세포와 응고 인자의 혼합물이 함께 배양되어 응고를 형성합니다. 응고는 토끼의 손상된 무릎 연골에 넣고 통합 할 수 있습니다. 이 절차에 따라, 매끄럽고 기능적인 관절에 무릎 연골의 리모델링을 관찰 할 수있다.

때때로, 줄기 세포 연구원 및 조직 엔지니어는 전체 기관을 재건하기 위하여 팀을 합니다. 이 실험에서 영장류 폐는 장기를 탈세포화하기 위해 세척되어 비 세포 구조 구성 요소만 남게됩니다. 이 "유령" 폐는 그 때 혈관 및 상피 줄기 세포로 종자되는 생물 반응기로 옮겨됩니다. 천연 폐가 경험하는 압력과 행동을 더욱 모방하기 위해 생물 반응기는 미디어를 순환시키고 압력 및 가스 수준을 유지하며 폐를 팽창시다.

당신은 조브의 줄기 세포 생물학 개요를 보았다. 요약하자면, 이 비디오에서 우리는 줄기 세포와 그 역사, 유지 보수, 분화 및 전달 방법 및 줄기 세포 응용 프로그램에 대해 논의했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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