25 декабря 2021

Как работает «машину времени» из человеческих клеток

Течение рака поджелудочной железы

Что делает рак поджелудочной железы таким смертельным, так это его скрытое и быстрое распространение. Теперь «машина времени», построенная инженерами Университета Пердью, показала способ обратить вспять течение рака, прежде чем он распространится по поджелудочной железе.

«Машина времени» на предметном стекле микроскопа

На стеклянной платформе этого предметного стекла исследователи воссоздали две анатомические структуры, участвующие в распространении рака поджелудочной железы. Предоставлено: фотография Университета Пердью / Джон Андервуд.

«Эти открытия открывают возможность разработки новой генной терапии или лекарства, потому что теперь мы можем переводить раковые клетки в их нормальное состояние», — сказал Бумсу Хан, профессор машиностроения Purdue и руководитель программы Центра исследований рака Purdue. У Хана бесплатный прием в области биомедицинской инженерии.

Машина времени, созданная лабораторией Хана, является реалистичным воспроизведением структуры поджелудочной железы, называемой ацинусом, которая производит и выделяет пищеварительные ферменты в тонкий кишечник.

Рак поджелудочной железы имеет тенденцию развиваться в результате хронического воспаления, которое возникает, когда мутация заставляет эти пищеварительные ферменты переваривать саму поджелудочную железу.

Если бы существовал способ вернуться в прошлое, чтобы перепрограммировать раковые ацинарные клетки, которые производят эти ферменты, тогда можно было бы полностью перезагрузить поджелудочную железу.

Эксперимент "Машина времени"

Исследователи Purdue использовали эту экспериментальную установку, чтобы перепрограммировать клетки рака поджелудочной железы в их нормальное состояние. Предоставлено: фотография Университета Пердью / Джон Андервуд.

В течение последнего десятилетия Стивен Конечны, почетный профессор факультета биологических наук Purdue, изучал потенциальную кнопку сброса: ген под названием PTF1a.

Работа гена PTF1a

«Ген PTF1a абсолютно необходим для нормального развития поджелудочной железы. Если у вас нет гена PTF1a, у вас не разовьется поджелудочная железа », — сказал Конечны. «Итак, вся наша идея заключалась в том, что если мы снова включим ген PTF1a в раковой клетке поджелудочной железы, что произойдет? Сможем ли мы обратить вспять фенотип рака? Действительно, именно это и происходит».

Конечны сотрудничал с лабораторией Хана, чтобы вывести эти результаты молекулярно-биологических исследований на новый уровень, протестировав их на реалистичной модели ацинуса — машине времени. Опубликованное исследование помещено на обложку недавнего выпуска журнала « Лаборатория на чипе » Королевского химического общества.

Исследователи обычно исследуют возможные подходы к лечению рака поджелудочной железы на животных моделях, но для развития рака поджелудочной железы у животных могут потребоваться месяцы. Возможность изучать концепции развития и лечения рака в столь же реалистичной микросреде сэкономит время и даст исследователям больше контроля над моделью.

Бумсу Хан

Бумсу Хан, профессор машиностроения, построил реалистичную модель структуры поджелудочной железы, которая действует как «машина времени», чтобы понять рак и обратить вспять его распространение. Предоставлено: фотография Университета Пердью / Джон Андервуд.

Модель, которую разработали исследователи Purdue, решает серьезную проблему, связанную с точным отображением анатомической сложности ацинуса — круглой полости, выстланной клетками.

«С инженерной точки зрения создание такой трехмерной полости нетривиально. Так что поиск способа создания этой полости — само по себе новшество», — сказал Хан.

В лаборатории Хана уже был опыт создания реалистичной модели другой структуры поджелудочной железы — протока, по которому рак растет после выхода из ацинуса. Исследователи взяли эти знания и разработали новую технику, которая строит проток и ацинус в двухэтапном процессе «вязкой аппликатуры».

Вот как это работает. Модель представляет собой стеклянную платформу размером с почтовую марку, установленную на предметном стекле микроскопа, и имеет две соединенные между собой камеры. Загрузка раствора коллагена в одну камеру заполняет форму пальца протока поджелудочной железы, который выпячивается, а затем расширяется, создавая структуру полости ацинуса во второй камере.

  • Помещение раковых клеток человека в ацинарную камеру сделало модель еще более реалистичной. Лаборатория Конечного сконструировала ген PTF1a линии клеток рака поджелудочной железы, чтобы он включался в присутствии доксициклина, соединения, обычно используемого в антибиотиках. Как только ген был активирован, клетки начали строить остальную часть ацинуса в модели Хана, что указывает на то, что они больше не были злокачественными и были перепрограммированы.
  • «В этой модели раковые клетки не только перепрограммируются, но и впервые мы можем показать нормальную трехмерную архитектуру ацинуса, которая очень похожа на те же структуры, которые мы видим в здоровой поджелудочной железе», — сказал Конечны.
  • Лаборатория Хана в настоящее время проводит эксперименты, изучающие возможную генную терапию на основе этих результатов.

Это исследование было частично поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения, Программы Walther Embedding по физическим наукам в онкологии и Центра исследований рака Пердью, который является одним из семи онкологических центров базовой лаборатории Национального института рака в стране.

Источник

Метки:



Как влияет потребление жиров на диабет 2 типа

Ученые из UNIGE обнаружили, что жир может помочь поджелудочной железе адаптироваться к избытку сахара, тем самым замедляя развитие диабета. Диабет 2 типа, которым страдает почти 10% населения мира, является серьезной проблемой общественного здравоохранения. Чрезмерно малоподвижный образ жизни и слишком калорийная диета способствуют развитию этого метаболического заболевания, изменяя функционирование клеток поджелудочной железы и снижая эффективность регуляции…

От чего зависит увеличение миелина в сером веществе мозга

Устойчивость к стрессу и дифференциальные симптомы коррелируют с региональными изменениями в головном мозге Недавнее исследование связывает тревожное поведение у крыс, а также посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) у ветеранов вооруженных сил с повышенным содержанием миелина — вещества, которое ускоряет связь между нейронами — в областях мозга, связанных с эмоциями и памятью. Результаты, представленные учеными из Калифорнийского…

Улучшение физической формы за счет интенсивных упражнений

С помощью 2000 участников Framingham Heart Study исследователи из BU изучили, насколько малоподвижный образ жизни, ходьба и рутинные упражнения влияют на физическую форму. Упражнения полезны для здоровья. Это общеизвестно. Но насколько строгим должно быть это упражнение, чтобы действительно повлиять на уровень физической подготовки человека? И если вы сидите весь день за столом, но при этом…

Как растительная пища помогает вырабатывать мРНК

Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на укол в руку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству мРНК-вакцин. Коммуникатор РНК или мРНК технология, используемый в COVID-19 вакцин, работает обучая наши клетки распознавать и защитить нас от инфекционных заболеваний. Одна из…

Как парадокс Пето раскрывает тайны рака

Клетки в организме можно рассматривать как крошечные мишени для стрельбы из лука, каждая из которых уязвима для смертельной стрелы рака. Чем больше клеток у данного животного и чем дольше оно живет, тем выше вероятность накопления вредных клеточных мутаций, которые в конечном итоге могут привести к раку. По крайней мере, так подсказывает интуиция. Тем не менее,…