Mikroçipler hücre "varyasyonunu" gerçekleştirebilir ve deri hücrelerinin, insan hasarı için hayat kurtaran bir pirinç olması beklenir.
Uzun zamandır insan vücudundaki her tür hücre yaşamın temeli olarak görülmüştür, ancak hücre çeşitliliği aynı zamanda doku veya organın belirli bir kısmı hasar gördüğünde, diğer sağlıklı ve sağlam hücrelerin "itfaiyeci" olarak hizmet etmelerinin zor olduğu anlamına gelir. Tamir.
Bu sorunu çözmek için Ohio Eyalet Üniversitesi Rejeneratif Tıp ve Hücre Tedavisi Merkezi'nden Dr. Chandan Sen ve Dr.L.James Lee liderliğindeki araştırma ekibi Deri hücrelerinin transfeksiyonunu bir saniyeden daha kısa sürede tamamlayabilen ve bunları insan vücudundaki herhangi bir hücre tipine dönüştürebilen, tırnak büyüklüğünde taşınabilir bir çip geliştirdi. Bu teknoloji, 7 Ağustos'ta "Nature Nanotechnology" de yayınlandı.
Şekil Deri transfeksiyon çipi
Noninvaziv doku nanotransfeksiyonu (TNT) adı verilen bu teknik, farelerde ve domuzlarda test edilmiştir. TNT teknolojisini kullandıktan sonra, bu hayvanların deri hücreleri, nekrotik deri kanatlarını tedavi etmek ve ciddi iskemik yaralı bacakları kurtarmak için tam kan damarları oluşturmaya ve mevcut damar sistemiyle bağlantı kurmaya teşvik edilebilir.
Takip deneylerinde, araştırmacılar fare epidermal hücrelerini işlevsel nöronlara bile dönüştürdüler. Birkaç hafta içinde, bu nöronlar hayvanın derisinin yüzeyinden hayvanın beynine nakledilebilir ve böylece felç sekelini tersine çevirebilir.
Şekil Nöron hücreleri
Genel olarak TNT, ilk olarak 6 yıl önce Lee ekibi tarafından geliştirilen bir mikro elektroporasyon teknolojisi olarak sınıflandırılabilir. Plazmid, DNA veya RNA olabilen plastisite yükünü indüklemek için iki ana bölümden oluşur. RNA ile gen entegrasyonu riski en aza indirilebilir. İkincisi, mikro-nano sentez teknolojisi kullanılarak hazırlanan bir nano elektroporasyon çipidir.
Mikro elektroporasyon teknolojisi, yeni hücrelerin yeniden programlama genlerini dış hücre zarında açılan geçici kanallar aracılığıyla doğrudan epidermal hücrelere enjekte etme yeteneği ile karakterize edilir. Bu süreçte önemli yeniden programlama faktörleri ile yüklenen çip önce deri yüzeyine yerleştirilir daha sonra akım aralıklı olarak çipin içinden geçerek dış hücre zarında mikro kanallar açılır ve bu kanallardan genler enjekte edilir. Epidermal.
Ohio Eyalet Üniversitesi'nden kimya ve biyomolekül bölümünden Profesör Lee, "Nanogözeneklerin direnci çok yüksek olduğu için akım aslında çok küçük. Bu nedenle, bu yöntem güvenlidir ve transfekte edilmiş hücre veya dokulara verilen hasar neredeyse yok denecek kadar azdır."
Şekil Dr. Chandan Sen çipi tutuyor
Sadece bu da değil, Dr. Chandan Sen, TNT teknolojisinin uygulamada büyük ölçekli laboratuvar ekipmanı veya sofistike işletim becerileri gerektirmediğini ve doğrudan sağlık hizmeti ortamlarında ve hatta yaşam senaryolarında uygulanabileceğini vurguladı. Tüm süreç yalnızca bir saniyeden az sürer ve yalnızca çipi cilt yüzeyine tutturması gerekir.
"Sadece bir çipe, hücre dönüşümü için gereken yeniden programlama faktörlerine ve bir güç kaynağına ihtiyacınız var." Dedi. Dokular ve organlar hastalıklıysa veya yaralanmışsa, deri hücrelerini ihtiyacımız olan her tür hücreye dönüştürmek için TNT teknolojisini kullanabiliriz. Şu anda hastanın cildi verimli toprağı olan bir "çiftlik" gibidir.Cilt hücreleri ekildiği sürece çeşitli tipte insan doku hücreleri "hasat edilebilir". Bir örnek, cilt hücrelerini beyne 3-4 hafta içinde implante edilebilen nöronlara dönüştürmek için TNT teknolojisinin kullanılmasıdır Araştırmacılar, fare derisinin yüzeyindeki binlerce siniri başarılı bir şekilde büyüttüler. yuan.
Dr. Sen ekledi, Viral olmayan genleri iletmek için elektroporasyon teknolojisinin kullanılması yeni bir şey değil, ancak geleneksel elektroporasyon teknolojisinin gerektirdiği karmaşık işlemler, başarı oranını büyük ölçüde sınırlıyor , "Karmaşık elektroporasyon işlemi, tüm hücre zarının nüfuz etmesini sağlar ve hücre iskeletini etkiler, böylece hücrenin plastisitesini azaltır.
Şekil Elektroporasyon teknolojisi çalışma şeması
Buna karşılık, TNT teknolojisi hücre zarında bir dizi mikro kanal oluşturur ve yalnızca hücre yüzeyini etkiler. % 2 Alan, hücre plastisitesini engellemez. TNT teknolojisinin kullanımında, % 98 Transfeksiyon etkinliği ve hücre dönüşümünün başarı oranı. "
Araştırmacılar tarafından "Doğa Nanoteknolojisi" nde yayınlanan bir makalede, farelerde gerçekleştirilen iki deney grubunu ayrıntılı olarak anlattılar. Deneyde cilt hücrelerini yeniden programladılar ve kan damarı hücrelerine dönüştürdüler. Birinci fare grubunun kan damarı hücreleri, farelerin tam kalınlıktaki deri fleplerinin nekrozunu önlemek için kullanıldı; ikinci grup farelerin kan damarı hücreleri, femoral arterin çıkarılması nedeniyle iskemik olan uzuvları kurtarmak için kullanıldı.
Tedavi edilmeyen kontrol grubunda, farelerin bacakları kan akışının olmaması nedeniyle hızla ölürken, TNT teknolojisi ile tedavi edilen farelerin arka bacakları birkaç hafta içinde fonksiyonel kan damarları geliştirdi. Üç hafta sonra, bu fareler TNT dışında herhangi bir tedavi görmedi, ancak fonksiyonel kan damarları geliştirdiler ve yaralı uzuvları neredeyse iyileşti.
Şekil TNT teknolojisini kullanan onarım kontrol deneyi
Dr. Sen, yalnızca hücre yeniden programlamasını değil, doku yeniden programlamasını sağlamak için vücuda hedef faktörleri iletmek için sıralı nano diziler kullandıklarını söyledi. Deri hücrelerini yeniden programlayarak, kan damarları üretilebilir ve uzuvlar, başka herhangi bir takviye olmaksızın onarılabilir. "Sadece anjiyojenik hücreler değil, yüzlerce fonksiyonel kan damarı yapıyoruz. En büyük fark bu." Dedi.
Bu teknolojinin potansiyel uygulamalarının çok büyük olduğuna inanıyor. Araştırmacılar, kan damarları ve fonksiyonel nöron üretmenin yanı sıra deri hücrelerini kullanarak, hayvanın kanındaki glikoz düzeyine bağlı olarak insülin salgılamak için fare deri hücrelerini insülin üreten hücrelere dönüştürdüler.
Dr. Lee ayrıca şunları söyledi: Deri bazlı transfeksiyon veya yeniden programlama teknikleri, DNA aşıları, diyabetik hastalarda nöron rejenerasyonu ve bazı durumlarda saç rejenerasyonu gibi birçok potansiyel uygulamaya sahiptir. Ek olarak, TNT teknolojisi diğer kuruluşlara da uygulanabilir. Kas dokusu ve yağ dokusu için TNT teknolojisinin kullanımını başarıyla doğruladılar (beyaz yağ hücrelerini kahverengi yağ hücrelerine yeniden programladılar). TNT teknolojisi cilt dokularının yanı sıra dış dokular (gözler, kulaklar vb.) Ve ameliyat sırasında açığa çıkan dokular (kemik onarımı, organ teşhisi vb.) İçin de uygundur.
Ancak Dr. Sen, transfeksiyon teknolojisinin yayılmasına özel bir vurgu yapmıştır. Transfeksiyon teknolojisi esasen cildin en dış katmanındaki epidermal hücrelerle sınırlı olsa da, aslında transfeksiyon etkisi dermal hücrelere yayılacaktır. Makalede ayrıca, "Araştırma sonuçları, TNT teknolojisinin yalnızca yeniden programlama faktörlerinin yerel olarak sağlanması için değil, aynı zamanda epidermisten dermise yayılan yeniden programlama uyaranlarının sinerjik tepkisi için de kullanıldığını göstermektedir."
"Transfeksiyon teknolojisinin daha derin deri doku hücrelerine yayılabildiğine çok şaşırdık. Şu anda araştırma sonuçlarımız, transfekte epidermal hücrelerin, transfeksiyon etkisi yapan fonksiyonel biyomolekülleri (mRNA ve protein dahil) serbest bırakabildiğini gösteriyor. Dokudaki diğer hücrelere. "Dr. Lee dedi. Bununla birlikte, bu sürecin ayrıntılı mekanizmasının daha fazla araştırılması gerekmektedir.
Bununla birlikte, transfeksiyon etkisi dermal hücrelere yayılsa bile, bunun için çok fazla endişelenmenize gerek yoktur. Çünkü elektroporasyon ve gen tabancası gibi canlı dokuların transfeksiyonu için mevcut fiziksel yöntemlerle karşılaştırıldığında, TNT teknolojisi daha naziktir ve minimum doku hasarına neden olur.
Tabii ki, TNT teknolojisinin uygulanmasına yönelik keşifleri durmadı. Dr. Leenin ilk araştırmaları, devam eden araştırmaların önemli bir alanı olan diğer nükleik asit kargolarını teslim etmek için TNT tarafından temsil edilen nanoelektroporasyon teknolojisini kullanma potansiyelini kanıtlamıştır. İn vitro hücre transfeksiyon çalışmalarımızda, 2D ve 3D NEP biyoçiplerinin ayrıca mikroRNA (miRNA) ve küçük karışan RNA (siRNA) vektörlerini kanser hücrelerine iletebileceğini ve onkojenleri etkileyerek kanser hücrelerini öldürebileceğini gösterdik. Ölü hücreler. Ek olarak, CRISPR / Cas9 gen düzenleme teknolojisine referansla TNT teknolojisini de uyguluyoruz. "
Dr. Sen işaret etti, FDA onayı alınması durumunda, şiddetli ekstremite iskemi uygulamaları için ön TNT klinik deneyleri bir yıl içinde başlayabilir. Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) tarafından finanse edilen küçük bir proje şu anda nöroloji alanındaki erken çalışmaları desteklemektedir.Ekip ayrıca, yaralı uzuvları kurtarmak için TNT teknolojisi uygulamak için Walter Reed Ordu Tıp Merkezi ile birlikte çalışıyor. Ve periferik sinir hasarının potansiyel uygulamaları.
Şekil Ulusal Sağlık Enstitüleri
Dr. Sen, "Klinik uygulamalar için 3D TNT çip tasarımını optimize ettik ve sonraki adım üreticilerle işbirliği yapmak olacak." Dedi. Uygun maliyetli üretim teknolojilerinin geliştirilmesi ve en iyi biyouyumlu malzemelerin kullanımı, açıkça işbirliği konusuna dahil edilmiştir.
Araştırmacılar şu anda Tayvanlı elektronik devi Foxconn ile potansiyel bir anlaşma imzalamanın ilk aşamalarında ve diğer TNT lisans sahipleri de bu teknolojinin klinik uygulamasını merakla bekliyorlar. Dr. "Fikri mülkiyet korunmuştur, ancak farklı kuruluşların bu teknolojiyi benimseyip daha kapsamlı uygulamalar geliştirebileceğini umuyoruz."
