Cómo mejorar la eficiencia de la preparación de células iPS
Después de un largo y corto desarrollo, la tecnología de células iPS ha logrado avances notables. Cada uno de estos resultados revolucionarios nos ha traído alegría y se espera que la reprogramación celular marque el comienzo de una nueva ola de investigación. Aunque las células iPS tienen perspectivas de aplicación atractivas, la investigación futura sobre células iPS también enfrenta muchos problemas que deben resolverse, el primero de los cuales es la eficiencia de la preparación.
1. Bloqueo genético
Desde el descubrimiento de las células iPS, los científicos han inducido con éxito una variedad de células somáticas en células iPS mediante la introducción de factores de transcripción, pero la eficiencia de la inducción es muy baja. ha sido un obstáculo importante para la tecnología iPS. El factor de transcripción c-Myc es un protooncogén. Se ha intentado eliminar este gen para reducir la carcinogenicidad. Sin embargo, aunque la carcinogenicidad se reduce después de eliminar c-Myc, la eficiencia de la inducción es menor. En septiembre de 2009, Hong et al. descubrieron que las células de la piel se podían convertir en células iPS eliminando el gen c-Myc y luego usando ARNip para bloquear un gen llamado p53. La tasa de éxito ha aumentado a aproximadamente el 10%, que es aproximadamente un 10%. cien veces la tasa de conversión original. Los estudios han demostrado que p53 es un factor clave en la regulación del reordenamiento del programa celular, que está relacionado con el nivel de eficiencia de transformación. Los resultados del análisis de chips de ADN encontraron que hay 34 genes relacionados con la regulación de p53 en fibroblastos de ratón y humanos. El análisis funcional de estos genes mostró que el bloqueo de la vía p53-p21 no solo mejoró la eficiencia de transformación de las células iPS, sino que también redujo la carcinogenicidad. de iPS
. Más importante aún, el silenciamiento del gen p53 no solo se puede utilizar para la tecnología de inducción de vectores virales, sino también para la tecnología de transformación inducida por plásmidos o proteínas.
2. Sinergia
El profesor Deng Hongkui de la Universidad de Pekín examinó una serie de genes relacionados al inducir células iPS humanas y descubrió que el pequeño ARN que interfiere en el gen p53 y la introducción del El gen puede crear sinergia. Aumenta la eficiencia de inducción de las células iPS en casi 100 veces y puede inducir de manera eficiente y estable la formación de células iPS humanas incluso sin utilizar el protooncogén c-Myc.
3. Inducción de células madre adiposas
Los investigadores de la Universidad de Stanford, Sun y otros, descubrieron que, en comparación con los fibroblastos de la piel, las células madre adiposas (Humanadipose stem)
, hASC) son más fáciles de inducir en células iPS y las células iPS producidas son más seguras. Descubrieron que después de agregar genes que codifican cuatro factores de transcripción a células madre adiposas y fibroblastos de la piel, aproximadamente uno de cada 10.000 fibroblastos de la piel se transformaba en células iPS, mientras que la proporción de células madre adiposas transformadas en células iPS alcanzaba el 2%. , 20 veces mayor que el primero. Los cuatro factores de transcripción (Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc) implicados en la inducción de células iPS básicamente no se expresan o los niveles de expresión son muy bajos en los fibroblastos de la piel. Los niveles de expresión de dos factores de transcripción en las células madre adiposas son más altos que los de los fibroblastos de la piel, lo que indica que en el estado inicial, las células madre adiposas se inducen más fácilmente. Las células iPS inducidas por células madre adiposas pueden diferenciarse en células nerviosas, células musculares y células epiteliales intestinales en el cuerpo humano. Además, el cultivo de células iPS utilizando células madre adiposas no requiere células alimentadoras, lo que sin duda mejora su seguridad. Debido a que las hASC proporcionan una mejor fuente de células somáticas para las células iPS, cuando las células iPS se utilicen para tratamientos clínicos en el futuro, se podrán seleccionar los tipos de células donantes apropiados, lo que no solo garantiza una mayor eficiencia de inducción sino que también mejora la seguridad de las células iPS.
4. Entorno de oxígeno para la inducción de células iPS
La concentración de oxígeno del entorno de cultivo también afecta la eficiencia de la inducción de células iPS. Yamanaka y otros descubrieron que las células madre del cuerpo siempre se concentran en lugares con relativamente poco oxígeno. Por lo tanto, cuando utilizaron células de piel humana para cultivar células iPS, redujeron la concentración de oxígeno del entorno de cultivo del 21% habitual al 5%. y descubrió que las células iPS La eficiencia de generación se puede aumentar de 2,5 a 4,2 veces.
Pero si la concentración de oxígeno se reduce aún más al 1%, será contraproducente y provocará la muerte de algunas células. También se comprobó que una concentración de oxígeno del 5% era la más adecuada a la hora de inducir células de piel de ratón. Por lo tanto, creen que al reducir la concentración de oxígeno del entorno de cultivo y utilizar un método de cultivo que tenga menos probabilidades de causar cáncer celular, se pueden obtener células iPS de mayor calidad de manera eficiente. En octubre de 2009, un equipo de investigación dirigido por el Dr. Sheng Ding del Instituto de Investigación Scripps en los Estados Unidos se centró en el proceso natural de generación de fibroblastos que pueden generar tejido conectivo: la transición de células mesenquimales-epiteliales. La combinación de dos químicos fue la más efectiva para promover la transformación de fibroblastos en células madre, 100 veces más eficiente que los métodos tradicionales. Posteriormente, los investigadores identificaron un nuevo compuesto llamado Thiazovi, que puede aumentar la eficiencia 200 veces y acortar el ciclo de conversión de las 4 semanas originales a 2 semanas
.
5. El papel de los aditivos
En diciembre de 2009, un equipo de investigación dirigido por Pei Duanqing del Instituto de Biomedicina y Salud de Guangzhou de la Academia de Ciencias de China adoptó un nuevo enfoque y se centró en Su investigación sobre el entorno extracelular con respecto a los componentes del medio de cultivo, agregar vitamina C durante el proceso de cultivo puede aumentar 10 veces la eficiencia de inducción de iPS. Los experimentos en ratones y células humanas han descubierto que agregar vitamina C durante el cultivo puede promover la. expresión de genes relevantes y empuja a las células somáticas a un estado de reprogramación. Utilizaron un cuidadoso diseño experimental para demostrar que los factores externos desempeñan un papel importante en las iPS. Además, investigadores de la Universidad de Harvard en Estados Unidos también descubrieron que la adición de compuestos especiales puede aumentar la eficiencia de la inducción de iPS en células somáticas en más de 100 veces
. Durante el proceso de inducción, utilizaron 4 tipos de genes y agregaron 7 tipos de compuestos, incluidos compuestos que pueden obstaculizar la síntesis de proteínas específicas. Los resultados mostraron que cuando no se agregaron compuestos, la eficiencia de introducción de genes fue del 0,01% al 0,05%. mientras que después de agregar un inhibidor de la síntesis de proteínas llamado "ácido balproico", la eficiencia de introducción aumentó del 9,6% al 14%. Al mismo tiempo, el último informe también encontró que el tratamiento con butirato puede mejorar significativamente la eficiencia de inducción de las iPS humanas.