Neue Methode zur Regeneration des Herzmuskels durch direkte Umprogrammierung

Neue Methode zur Regeneration des Herzmuskels durch direkte Umprogrammierung
Neue Methode zur Regeneration des Herzmuskels durch direkte Umprogrammierung
Anonim

Bei Herzkrankheiten stirbt der Herzmuskel allmählich ab, und wenn diese Zellen kaum oder gar nicht regeneriert werden können, kann dies letztendlich dazu führen, dass das Herz versagt. Aber Wissenschaftler, die in der Cell-Ausgabe vom 6. August berichten, haben möglicherweise einen Weg gefunden, diese Verluste zu beheben. Sie haben einen molekularen Cocktail aus drei Zutaten entwickelt, der Fibroblasten – Strukturzellen, mit denen das Herz randvoll ist – direkt in schlagende Herzzellen umwandelt.

"Im Herzbereich versuchen wir seit über 20 Jahren herauszufinden, wie Nicht-Muskelzellen in Herzmuskel umgewandelt werden können", sagte Deepak Srivastava von der University of California, San Francisco.„Jetzt haben wir einen Weg gefunden, Fibroblasten – die 50 Prozent aller Herzzellen ausmachen – in neue Kardiomyozyten umzuwandeln.“

Forscher suchten nach einem Hauptregulator des Herzmuskels – einem einzigen Inh altsstoff, der die Bildung des Herzmuskels antreiben könnte. Diese Art Meister wurde in den 1980er Jahren für Skelettmuskeln gefunden, aber es stellte sich heraus, dass es eine größere Herausforderung war, denselben für das Herz zu finden.

In jüngerer Zeit ließen sich Srivastava und seine Kollegen von der Entdeckung inspirieren, dass Fibroblasten mit einer Kombination von Faktoren in Zellen reprogrammiert werden können, die ähnlich wie embryonale Stammzellen aussehen und funktionieren, sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS).. Vielleicht könnten sie einen Cocktail finden, der Fibroblasten in Herzmuskel umprogrammiert, ohne dabei in einen Stammzellzustand zurückkehren zu müssen.

Die Forscher begannen mit 14 Faktoren, von denen bekannt ist, dass sie eine Rolle bei der Herzentwicklung spielen. Dieser ziemlich komplexe Cocktail zeigte kleine, aber sichere Anzeichen dafür, dass er funktionierte. Dann reduzierten sie das, indem sie einen Faktor nach dem anderen entfernten, bis sie drei Faktoren fanden, die den Zweck erfüllten.

In der Tat, sagte Srivastava, war dieser minimale Cocktail viel effizienter bei der Produktion neuer Herzmuskelzellen als der umfassendere, mit dem sie begannen. „Im Gegensatz zur iPS-Reprogrammierung, die sehr ineffizient ist, erreichen wir, dass 20 Prozent der Fibroblasten sich in Kardiomyozyten verwandeln“, sagte er. "Das ist ziemlich robust." Im Vergleich dazu transformiere der iPS-Cocktail erfolgreich nur 0,1 Prozent der Fibroblasten, fügte er hinzu.

Die anfängliche Neuprogrammierung erfolgt innerhalb von drei Tagen. Danach nehmen die Zellen über mehrere Wochen nach und nach die Eigenschaften des Herzmuskels an und verwandeln sich in vollständig umprogrammierte, schlagende Herzzellen. Die gleichen drei Faktoren könnten auch aus der Haut entnommene Fibroblasten transformieren, berichten sie.

Als Fibroblasten, die mit den drei Faktoren behandelt wurden, nur einen Tag später wieder in Mäuseherzen transplantiert wurden, differenzierten sie sich immer noch zu Herzmuskeln. "Das ermutigt uns, dass Zellen, die im Herzen sitzen, umprogrammiert werden könnten, ohne sie herauszunehmen", sagte Srivastava.

Das derzeitige Rezept für Herzmuskel beruht darauf, drei Gene, die Transkriptionsfaktoren kodieren, mit einem Virus in Herzzellen einzufügen. Letztendlich sagt Srivastava, dass sie diese Methode gerne durch eine Methode ersetzen würden, die kleine Moleküle oder andere sekretierte Proteine ​​verwendet. Diese könnten vielleicht in einen Stent eingesetzt werden, der in das Herz eingesetzt wird, wo sie das Wachstum neuer Herzmuskeln antreiben könnten. "Das ist unser langfristiges Ziel", sagte Srivastava.

Die Forscher zeigten, dass die Fibroblasten in ihrer Studie nicht erst in einen Stammzellzustand zurückkehren mussten. Vielmehr hüpften sie direkt von einer erwachsenen Identität zur anderen. Dies könnte ein Vorteil gegenüber der Verwendung von iPS oder embryonalen Stammzellen zur Regeneration von Herzzellen sein, erklärte Srivastava. Im Fall von Stammzellen „ist es ein Problem, wenn es streunende Zellen gibt, die sich nicht vollständig differenziert haben. Sie haben möglicherweise die Fähigkeit, sich in einen unerwünschten Zelltyp zu verwandeln; sie könnten zu einem Tumor oder einer Zelle heranwachsen, die dies einfach nicht tut.“gehören."

Und es gibt noch einen weiteren Pluspunkt: Herzmuskelzellen, die aus Stammzellen stammen, reifen aus irgendeinem Grund nicht zu Zellen mit der elektrischen Aktivität, die für einen echten erwachsenen Herzmuskel charakteristisch ist. Die neue Methode hingegen produziert Zellen, die wie echte erwachsene Ventrikelmuskelzellen aussehen und funktionieren.

Jetzt wird nach kleinen Molekülen gesucht, die die Wirkung des neuen Cocktails nachahmen und als herzregenerierende Medikamente dienen könnten - ein Ansatz, der laut Srivastava bei iPS-Zellen funktioniert hat.

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