'การล้างหน่วยความจำ' สำหรับเซลล์ต้นกำเนิดอาจเป็นกุญแจสำคัญในการบำบัดด้วยวิธีการฟื้นฟูที่ดีขึ้น

'การล้างหน่วยความจำ' สำหรับเซลล์ต้นกำเนิดอาจเป็นกุญแจสำคัญในการบำบัดด้วยวิธีการฟื้นฟูที่ดีขึ้น

Time Stamp: 21 สิงหาคม 2023 10:00
โหนดต้นทาง: 2226632

เซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ชนิดพิเศษในร่างกายของเราที่สามารถกลายเป็นเซลล์ชนิดอื่นได้ พวกมันมีศักยภาพมหาศาลในการรักษาโรค และขณะนี้อยู่ระหว่างการทดลองใช้สเต็มเซลล์เพื่อทดแทนเซลล์ที่เสียหายจากโรคต่างๆ เหมือนโรคพาร์กินสัน.

วิธีหนึ่งในการได้รับสเต็มเซลล์คือจากเอ็มบริโอของมนุษย์ แต่ก็มีข้อกังวลด้านจริยธรรมและข้อจำกัดในทางปฏิบัติ อีกวิธีหนึ่งคือเปลี่ยนเซลล์ผู้ใหญ่จากผิวหนังหรือที่อื่นให้เป็นสิ่งที่เรียกว่า "เซลล์ต้นกำเนิด pluripotent" (เซลล์ iPS)

อย่างไรก็ตาม บางครั้งเซลล์เหล่านี้จะมี "หน่วยความจำ" เหมือนกับเซลล์ที่เคยเป็น ซึ่งทำให้คาดเดาไม่ได้หรือมีประสิทธิภาพน้อยลงเมื่อเราพยายามเปลี่ยนให้เป็นเซลล์ประเภทอื่น

ในการศึกษา ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติเพื่อนร่วมงานของฉันและฉันได้พบวิธีที่จะลบความทรงจำนี้ เพื่อทำให้เซลล์ iPS ทำงานเหมือนเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนมากขึ้น

คำสัญญาอันยิ่งใหญ่สำหรับเวชศาสตร์ฟื้นฟู

เซลล์ที่โตเต็มที่และเชี่ยวชาญ เช่น เซลล์ผิวหนัง สามารถตั้งโปรแกรมใหม่เป็นเซลล์ iPS ในห้องแล็บได้ เซลล์ "กระดานชนวนที่ว่างเปล่า" เหล่านี้แสดงให้เห็นสัญญาที่ดีในเวชศาสตร์ฟื้นฟู ซึ่งเป็นสาขาที่มุ่งเน้นไปที่การปลูกใหม่ ซ่อมแซม หรือเปลี่ยนเซลล์ อวัยวะ หรือเนื้อเยื่อที่เสียหายหรือเป็นโรค

นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเซลล์ iPS จากเนื้อเยื่อของผู้ป่วยเอง ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงน้อยกว่าที่เซลล์ใหม่จะถูกระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยปฏิเสธ

เพื่อยกตัวอย่างหนึ่ง เซลล์ iPS คือ กำลังทดสอบ สำหรับสร้างเซลล์ตับอ่อนที่ผลิตอินซูลินเพื่อช่วยผู้ป่วยโรคเบาหวาน เรายังไปไม่ถึงจุดนั้น แต่มันเป็นตัวอย่างของสิ่งที่อาจเป็นไปได้

การวิจัยโดยใช้เซลล์ iPS เป็นสาขาที่มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว แต่ยังคงมีความท้าทายทางเทคนิคอยู่มาก นักวิทยาศาสตร์ยังคงค้นหาวิธีควบคุมเซลล์ชนิดใดที่เซลล์ iPS กลายเป็นเซลล์ได้ดีขึ้น และทำให้กระบวนการนี้ปลอดภัย

หนึ่งในความท้าทายทางเทคนิคเหล่านี้คือการเอาชนะ "หน่วยความจำแบบอีพิเจเนติก" ซึ่งเซลล์ iPS ยังคงรักษาร่องรอยของประเภทเซลล์ที่เคยเป็น

หน่วยความจำ Epigenetic และวิธีที่ทำให้การใช้เซลล์ iPS แย่ลง

เพื่อให้เข้าใจถึง "หน่วยความจำอีพีเจเนติกส์" เรามาพูดถึงอีพิเจเนติกส์กันก่อน DNA ของเรามีลำดับคำสั่งที่เรียกว่ายีน เมื่อปัจจัยต่างๆ มีอิทธิพลต่อการทำงานของยีน (เปิดหรือปิด) โดยไม่เปลี่ยนลำดับ DNA เอง สิ่งนี้เรียกว่าอีพิเจเนติกส์ ซึ่งมีความหมายตามตัวอักษรว่า "เหนือพันธุกรรม"

อีพิจีโนมของเซลล์เป็นคำเรียกรวมที่ใช้อธิบายการดัดแปลงอีพิเจเนติกส์ทั้งหมดในเซลล์ เซลล์ของเราแต่ละเซลล์มี DNA เดียวกัน แต่อีพิจีโนมจะควบคุมว่ายีนใดที่ถูกเปิดหรือปิด และสิ่งนี้จะกำหนดว่าจะกลายเป็นเซลล์หัวใจ เซลล์ไต เซลล์ตับ หรือเซลล์ประเภทอื่น

คุณสามารถมอง DNA เป็นตำราอาหารและ epigenome เป็นชุดที่คั่นหนังสือ บุ๊กมาร์กไม่ได้เปลี่ยนแปลงสูตรอาหาร แต่จะกำหนดว่าจะใช้สูตรใดบ้าง

ในทำนองเดียวกัน เครื่องหมายอีพีเจเนติกส์จะนำทางเซลล์ไป ตีความ รหัสพันธุกรรมโดยไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อเราตั้งโปรแกรมเซลล์ที่โตเต็มที่ลงในเซลล์ iPS เราต้องการลบ "บุ๊กมาร์ก" ทั้งหมดของเซลล์นั้น อย่างไรก็ตาม การดำเนินการนี้อาจไม่ได้ผลอย่างสมบูรณ์เสมอไป เมื่อบุ๊กมาร์กบางส่วนยังคงอยู่ "หน่วยความจำอีพีเจเนติก" นี้สามารถส่งผลต่อพฤติกรรมของเซลล์ iPS ได้

เซลล์ iPS ที่สร้างจากเซลล์ผิวหนังสามารถเก็บ "ความทรงจำ" บางส่วนของการเป็นเซลล์ผิวหนังได้ ซึ่งทำให้มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนกลับเป็นเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายผิวหนังมากขึ้นและมีโอกาสน้อยที่จะเปลี่ยนเป็นเซลล์ประเภทอื่น เนื่องจากเครื่องหมายอีพีเจเนติกบางส่วนใน DNA สามารถบอกให้เซลล์ประพฤติตัวเหมือนเซลล์ผิวหนังได้

นี่อาจเป็นอุปสรรค์ในการใช้เซลล์ iPS เพราะอาจส่งผลต่อกระบวนการเปลี่ยนเซลล์ iPS ให้เป็นเซลล์ประเภทที่คุณต้องการ นอกจากนี้ยังอาจส่งผลต่อการทำงานของเซลล์เมื่อสร้างขึ้นแล้ว หากคุณต้องการใช้เซลล์ iPS เพื่อช่วยซ่อมแซมตับอ่อน แต่เซลล์เหล่านั้นมี “ความทรงจำ” ของการเป็นเซลล์ผิวหนัง เซลล์เหล่านั้นอาจทำงานได้ไม่ดีเท่ากับเซลล์ตับอ่อนที่แท้จริง

วิธีล้างหน่วยความจำ Epigenetic ของเซลล์ iPS และปรับปรุงฟังก์ชัน

การเอาชนะปัญหาหน่วยความจำ epigenetic ในเซลล์ iPS ถือเป็นความท้าทายที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับเวชศาสตร์ฟื้นฟู

จากการศึกษาว่าอีพิจีโนมเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเราสร้างเซลล์ผิวหนังของผู้ใหญ่ใหม่ให้เป็นเซลล์ iPS เราได้ค้นพบวิธีใหม่ในการเขียนโปรแกรมเซลล์ใหม่ซึ่งจะลบความทรงจำของอีพีเจเนติกส์ได้อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น เราทำการค้นพบนี้โดยการตั้งโปรแกรมเซลล์ใหม่โดยใช้วิธีการเลียนแบบวิธีการรีเซ็ตอีพิจีโนมของเซลล์เอ็มบริโอตามธรรมชาติ

ในระหว่างการพัฒนาระยะแรกของเอ็มบริโอ ก่อนที่จะฝังเข้าไปในมดลูก เครื่องหมายอีพิเจเนติกส์ที่สืบทอดมาจากอสุจิและเซลล์ไข่จะถูกลบทิ้งไป การรีเซ็ตนี้ช่วยให้เซลล์เอ็มบริโอระยะแรกเริ่มต้นใหม่และกลายเป็นเซลล์ประเภทใดก็ได้ในขณะที่เอ็มบริโอเติบโตและพัฒนา

ด้วยการแนะนำขั้นตอนระหว่างกระบวนการตั้งโปรแกรมใหม่ที่เลียนแบบกระบวนการรีเซ็ตนี้สั้นๆ เราจึงสร้างเซลล์ iPS ที่มีลักษณะเหมือนเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนมากกว่าเซลล์ iPS ทั่วไป

การลบหน่วยความจำ epigenetic ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในเซลล์ iPS จะช่วยเพิ่มศักยภาพทางการแพทย์ของพวกเขา มันจะช่วยให้เซลล์ iPS ทำงานเป็น "กระดานชนวนเปล่า" เหมือนเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน ทำให้พวกมันมีแนวโน้มที่จะ แปลงเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ที่ต้องการ.

หากเซลล์ iPS สามารถลืมตัวตนในอดีตได้ ก็จะสามารถเชื่อถือได้มากขึ้น กลายเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ และช่วยสร้างเซลล์เฉพาะที่จำเป็นสำหรับการรักษา เช่น เซลล์ที่สร้างอินซูลินใหม่สำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวาน หรือเซลล์ประสาทสำหรับผู้ที่เป็นโรคพาร์กินสัน นอกจากนี้ยังสามารถลดความเสี่ยงของพฤติกรรมหรือภาวะแทรกซ้อนที่ไม่คาดคิดเมื่อใช้เซลล์ iPS ในการรักษาพยาบาลสนทนา

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

เครดิตภาพ: NIH

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์