సెల్ థెరపీ కోసం ఇంజనీర్లు చర్మ కణాలను నేరుగా న్యూరాన్లుగా మారుస్తారు

మౌస్ కణాలతో పనిచేస్తూ, పరిశోధకులు మార్పిడి పద్ధతిని అభివృద్ధి చేశారు, ఇది చాలా సమర్థవంతంగా ఉంటుంది మరియు ఒకే చర్మ కణం నుండి 10 కంటే ఎక్కువ న్యూరాన్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలదు. మానవ కణాలలో ప్రతిబింబిస్తే, ఈ విధానం పెద్ద మొత్తంలో మోటారు న్యూరాన్ల తరం యొక్క తరంను అనుమతిస్తుంది, ఇది వెన్నుపాము గాయాలు లేదా చైతన్యాన్ని దెబ్బతీసే వ్యాధులతో రోగులకు చికిత్స చేయడానికి ఉపయోగపడుతుంది.

“ఈ కణాలు సెల్ రీప్లేస్‌మెంట్ థెరపీల కోసం ఈ కణాలు ఆచరణీయమైన అభ్యర్థులు కాదా అనే ప్రశ్నలు అడగగలిగే దిగుబడిని మేము పొందగలిగాము, అవి అవి కావచ్చు అని మేము ఆశిస్తున్నాము. అక్కడే ఈ రకమైన రిప్రొగ్రామింగ్ టెక్నాలజీలు మమ్మల్ని తీసుకెళ్లగలవు” అని బయోమెడికల్ ఇంజనీరింగ్ మరియు కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ డబ్ల్యుఎం కెక్ కెరీర్ డెవలప్‌మెంట్ ప్రొఫెసర్ కేటీ గాల్లోవే చెప్పారు.

చికిత్సగా ఈ కణాలను అభివృద్ధి చేయడానికి మొదటి దశగా, పరిశోధకులు వారు మోటారు న్యూరాన్‌లను ఉత్పత్తి చేసి, వాటిని ఎలుకల మెదడుల్లోకి చెక్కగలరని చూపించారు, అక్కడ అవి హోస్ట్ కణజాలంతో కలిసిపోయాయి.

ఈ రోజు కనిపించే కొత్త పద్ధతిని వివరించే రెండు పేపర్ల సీనియర్ రచయిత గాల్లోవే సెల్ సిస్టమ్స్. MIT గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి నాథన్ వాంగ్ రెండు పేపర్లకు ప్రధాన రచయిత.

చర్మం నుండి న్యూరాన్ల వరకు

దాదాపు 20 సంవత్సరాల క్రితం, జపాన్ శాస్త్రవేత్తలు చర్మ కణాలకు నాలుగు ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాలను అందించడం ద్వారా, అవి వాటిని ప్రేరేపిత ప్లూరిపోటెంట్ మూలకణాలు (ఐపిఎస్సి) గా మార్చగలవని చూపించారు. పిండ మూల కణాల మాదిరిగానే, IPSC లను అనేక ఇతర కణ రకాలుగా వేరు చేయవచ్చు. ఈ సాంకేతికత బాగా పనిచేస్తుంది, కానీ దీనికి చాలా వారాలు పడుతుంది, మరియు చాలా కణాలు పరిపక్వ కణ రకానికి పూర్తిగా పరివర్తన చెందవు.

“తరచుగా, పునరుత్పత్తిలో సవాళ్ళలో ఒకటి, కణాలు ఇంటర్మీడియట్ రాష్ట్రాల్లో చిక్కుకోగలవు” అని గాల్లోవే చెప్పారు. “కాబట్టి, మేము ప్రత్యక్ష మార్పిడిని ఉపయోగిస్తున్నాము, ఇక్కడ IPSC ఇంటర్మీడియట్ ద్వారా వెళ్ళే బదులు, మేము నేరుగా సోమాటిక్ సెల్ నుండి మోటారు న్యూరాన్‌కు వెళ్తున్నాము.”

గాల్లోవే యొక్క పరిశోధనా బృందం మరియు ఇతరులు ఇంతకు ముందు ఈ రకమైన ప్రత్యక్ష మార్పిడిని ప్రదర్శించారు, కానీ చాలా తక్కువ దిగుబడితో – 1 శాతం కంటే తక్కువ. గాల్లోవే యొక్క మునుపటి పనిలో, ఆమె ఆరు ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాల కలయికతో పాటు కణాల విస్తరణను ప్రేరేపించే రెండు ఇతర ప్రోటీన్ల కలయికను ఉపయోగించింది. ఆ ఎనిమిది జన్యువులలో ప్రతి ఒక్కటి ప్రత్యేక వైరల్ వెక్టర్ ఉపయోగించి పంపిణీ చేయబడ్డాయి, ప్రతి సెల్ లో ప్రతి ఒక్కటి సరైన స్థాయిలో వ్యక్తీకరించబడిందని నిర్ధారించుకోవడం కష్టమవుతుంది.

క్రొత్తది మొదటిది సెల్ సిస్టమ్స్ పేపర్లు, గాల్లోవే మరియు ఆమె విద్యార్థులు ఈ ప్రక్రియను క్రమబద్ధీకరించడానికి ఒక మార్గాన్ని నివేదించారు, తద్వారా చర్మ కణాలను కేవలం మూడు ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాలను ఉపయోగించి మోటారు న్యూరాన్లుగా మార్చవచ్చు, అంతేకాకుండా కణాలను అధిక విస్తరణ స్థితికి నడిపించే రెండు జన్యువులు.

మౌస్ కణాలను ఉపయోగించి, పరిశోధకులు అసలు ఆరు ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాలతో ప్రారంభించారు మరియు వాటిని ఒక సమయంలో, ఒక సమయంలో, వారు మూడు – NGN2, ISL1 మరియు LHX3 కలయికకు చేరుకునే వరకు, ఇది న్యూరాన్లకు మార్పిడిని విజయవంతంగా పూర్తి చేస్తుంది.

జన్యువుల సంఖ్య ముగ్గురికి తగ్గిన తర్వాత, పరిశోధకులు ఈ మూడింటినీ అందించడానికి ఒకే సవరించిన వైరస్ను ఉపయోగించవచ్చు, ప్రతి సెల్ ప్రతి జన్యువును సరైన స్థాయిలో వ్యక్తీకరిస్తుందని నిర్ధారించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

ప్రత్యేక వైరస్ ఉపయోగించి, పరిశోధకులు జన్యువులను ఎన్కోడింగ్ p53DD మరియు HRA ల యొక్క పరివర్తన చెందిన సంస్కరణను కూడా పంపిణీ చేశారు. ఈ జన్యువులు చర్మ కణాలను న్యూరాన్లుగా మార్చడానికి ముందు చాలాసార్లు విభజించడానికి నడుపుతాయి, ఇది 1,100 శాతం న్యూరాన్ల యొక్క ఎక్కువ దిగుబడిని అనుమతిస్తుంది.

“మీరు లాభాపేక్షలేని కణాలలో ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాలను నిజంగా అధిక స్థాయిలో వ్యక్తం చేస్తే, రిప్రొగ్రామింగ్ రేట్లు నిజంగా తక్కువగా ఉంటాయి, కానీ హైపర్‌ప్రోలిఫెరేటివ్ కణాలు మరింత స్వీకరించేవి. అవి మార్పిడి కోసం శక్తివంతం అయినట్లుగా ఉంటాయి, ఆపై అవి ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాల స్థాయిలకు మరింత రిసెప్టివ్ అవుతాయి” అని గాల్లోవే చెప్పారు.

పరిశోధకులు ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాల యొక్క కొద్దిగా భిన్నమైన కలయికను కూడా అభివృద్ధి చేశారు, ఇది మానవ కణాలను ఉపయోగించి ఒకే ప్రత్యక్ష మార్పిడిని నిర్వహించడానికి వీలు కల్పించింది, కానీ తక్కువ సామర్థ్య రేటుతో – 10 మరియు 30 శాతం మధ్య, పరిశోధకులు అంచనా వేస్తున్నారు. ఈ ప్రక్రియకు ఐదు వారాలు పడుతుంది, ఇది కణాలను మొదట IPSC లగా మార్చడం మరియు తరువాత వాటిని న్యూరాన్లుగా మార్చడం కంటే కొంచెం వేగంగా ఉంటుంది.

కణాలను అమర్చడం

పరిశోధకులు బట్వాడా చేయడానికి జన్యువుల యొక్క సరైన కలయికను గుర్తించిన తర్వాత, వారు వాటిని బట్వాడా చేయడానికి ఉత్తమమైన మార్గాల్లో పనిచేయడం ప్రారంభించారు, ఇది రెండవ కేంద్రంగా ఉంది సెల్ సిస్టమ్స్ కాగితం.

వారు మూడు వేర్వేరు డెలివరీ వైరస్లను ప్రయత్నించారు మరియు రెట్రోవైరస్ మార్పిడి యొక్క అత్యంత సమర్థవంతమైన రేటును సాధించిందని కనుగొన్నారు. డిష్లో పెరిగిన కణాల సాంద్రతను తగ్గించడం కూడా మోటారు న్యూరాన్ల మొత్తం దిగుబడిని మెరుగుపరచడానికి సహాయపడింది. మౌస్ కణాలలో రెండు వారాలు పడుతుంది, ఇది 1,000 శాతానికి పైగా దిగుబడిని సాధించింది.

బోస్టన్ విశ్వవిద్యాలయంలో సహోద్యోగులతో కలిసి పనిచేస్తూ, పరిశోధకులు ఈ మోటారు న్యూరాన్‌లను విజయవంతంగా ఎలుకలలోకి చెక్కవచ్చు అని పరీక్షించారు. మోటారు నియంత్రణ మరియు ఇతర ఫంక్షన్లలో పాల్గొన్న స్ట్రియాటం అని పిలువబడే మెదడులోని ఒక భాగానికి వారు కణాలను పంపిణీ చేశారు.

రెండు వారాల తరువాత, పరిశోధకులు చాలా న్యూరాన్లు బయటపడ్డాయని మరియు ఇతర మెదడు కణాలతో సంబంధాలను ఏర్పరుస్తున్నట్లు అనిపించింది. ఒక డిష్‌లో పెరిగినప్పుడు, ఈ కణాలు కొలవగల విద్యుత్ కార్యకలాపాలు మరియు కాల్షియం సిగ్నలింగ్‌ను చూపించాయి, ఇది ఇతర న్యూరాన్‌లతో కమ్యూనికేట్ చేసే సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ న్యూరాన్‌లను వెన్నుపాములోకి అమర్చే అవకాశాన్ని అన్వేషించాలని పరిశోధకులు ఇప్పుడు భావిస్తున్నారు.

మానవ కణ మార్పిడి కోసం ఈ ప్రక్రియ యొక్క సామర్థ్యాన్ని పెంచాలని MIT బృందం భావిస్తోంది, ఇది వెన్నుపాము గాయాలు లేదా ALS వంటి మోటారు నియంత్రణను ప్రభావితం చేసే వ్యాధుల చికిత్సకు ఉపయోగపడే పెద్ద మొత్తంలో న్యూరాన్ల ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది. ALS చికిత్సకు IPSC ల నుండి పొందిన న్యూరాన్‌లను ఉపయోగించి క్లినికల్ ట్రయల్స్ ఇప్పుడు జరుగుతున్నాయి, అయితే ఇటువంటి చికిత్సలకు అందుబాటులో ఉన్న కణాల సంఖ్యను విస్తరించడం మానవులలో మరింత విస్తృతమైన ఉపయోగం కోసం వాటిని పరీక్షించడం మరియు అభివృద్ధి చేయడం సులభం చేస్తుంది, గాల్లోవే చెప్పారు.

ఈ పరిశోధనకు నేషనల్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ జనరల్ మెడికల్ సైన్సెస్ మరియు నేషనల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ గ్రాడ్యుయేట్ రీసెర్చ్ ఫెలోషిప్ ప్రోగ్రాం నిధులు సమకూర్చాయి.