Исследователи лондонского университета королевы Марии, работающие под руководством доктора Леонардо Гуасти (Leonardo Guasti), использовали репрограммированные клетки для создания первого прототипа искусственной надпочечной железы. Эти парные железы находятся на верхушках обеих почек и синтезируют стероидные гормоны, регулирующие рост и развитие организма, а также его метаболизм.

В своем исследовании авторы впервые описали получение продуцирующих стероидные гормоны клеток, названных «человеческие индуцируемые стероидогенные клетки» (human inducible steroidogenic cells, hiSC) из клеток, выделенных из кожи, крови и из мочи здоровых доноров и пациентов с врожденными заболеваниями надпочечных желез.

Репрограммирование клеток осуществляли путем принудительного запуска экспрессии одного белка – стероидогенного фактора-1 – и активности двух сигнальных путей, опосредуемых протеинкиназой А и гормоном, высвобождающим лютеинизирующий гормон. Получающиеся в результате клетки экспрессировали ферменты, ответственные за продукцию стероидных гормонов и, что является критичным параметром, адекватно реагировали на физиологические стимулы, такие как секреция кортизола в ответ на стимуляцию адренокортикотропным гормоном.

Также репрограммированные клетки использовали для моделирования заболеваний надпочечных желез и в качестве платформы для тестирования вмешательств, разрабатываемых в соответствии с принципами персонализированной терапии. Жизнеспособность индуцируемых стероидогенных клеток in vivo тестировалась путем имплантации мышам.

Стероидный профиль индуцируемых стероидогенных клеток, полученных из материала пациентов с моногенным заболеванием надпочечниковых желез (врожденная гиперплазия надпочечников) имел изменения, характерные для данного заболевания. При введении в эти клетки интактного (не имеющего мутации) гена их стероидный профиль становился нормальным, сопоставимым с профилем клеток, полученных из материала здоровых доноров.

По словам доктора Гуасти, разработанный подход представляет собой принципиально новую концепцию изучения надпочечниковых желез, так как возможность получать донороспецифичные и функциональные клетки позволит разработать новое поколение методов клеточной терапии недостаточности надпочечных желез и тестирования персонализированных вмешательств на клетках, репрограммированных из клеток пациента.

Статья Ruiz-Babot et al. Modeling Congenital Adrenal Hyperplasia and Testing Interventions for Adrenal Insufficiency Using Donor-Specific Reprogrammed Cells опубликована в журнале Cell Reports.

05.02.2018 Источник: http://vechnayamolodost.ru па материалам Queen Mary University of London: The first step in generating an artificial adrenal gland.

В течение нескольких последних лет ученые разрабатывают новую, перспективную стратегию в области регенеративной медицины, в основе которой лежит тканевая инженерия. Основной задачей этой стратегии является конструирование и выращивание вне организма живых тканей или органов, способных нормально функционировать. Их выращивают для последующей трансплантации пациентам – либо для замены, либо для более эффективного лечения различных повреждений организма.

Ученые из Университета Хельсинки (Финляндия) и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Россия) разработали костные каркасы, признанные перспективными материалами в области инженерии костной ткани. Результаты их исследований были опубликованы в январе 2018 г. в издании International Journal of Pharmaceutics International Journal of Pharmaceutics (Ezazi et al., Conductive vancomycin-loaded mesoporous silica polypyrrole-based scaffolds for bone regeneration).

Тканевая инженерия – новое направление науки, сочетающая в себе последние достижения биомедицины, фармакологии и материаловедения. Достижения инженерии костной ткани позволяют исправлять различные широко распространенные клинические проблемы, связанные с дефектами костей.

Ученые предлагают новые подходы, альтернативные предыдущим методам, использующим ауто– и аллотрансплантаты. Инженерия костных каркасов позволяет восстанавливать пористые 3D-структуры поврежденных костей и их физиологические функции. Благодаря этому происходит успешная регенерация новых клеток костной ткани и обеспечивается приток питательных веществ к поврежденному месту, что увеличивает вероятность его успешного излечения.

Финские и российские ученые разработали костные каркасы, состоящие из гидроксиапатита, желатина, полипиррола и мезопористого оксида кремния, которые благодаря своей отличной биосовместимости, остеокондуктивности и потенциальной возможности адресной доставки лекарственных средств представляют большой интерес для инженерии костной ткани.

Синтетический гидроксиапатит уже широко используется в инженерии костной ткани по той причине, что по химическому составу он сходен с гидроксиапатитом в кости. Биосовместимость, остеопроводимость и стимулирование процессов регенерации кости делает это вещество идеальным компонентом для костных каркасов. Но гидроксиапатит обладает существенным для костей недостатком – хрупкостью и, соответственно, плохими механическими свойствами.

Другой компонент, используемый исследователями для создания каркасов, диоксид кремния, также обладает высоким потенциалом для индуцирования процессов минерализации. Это вещество также можно использовать как транспортное средство для доставки лекарства с последующим контролируемым высвобождением.

Еще один из компонентов разработки ученых – желатин, с его замечательной способностью прикреплять остеобласты, молодые клетки кости, формирующие регенерирующую костную ткань.

Связывает все эти компоненты проводящий полимер – полипиррол. Он обладает электрической и термической стабильностью, но ему присущи и серьезные недостатки – хрупкость, плохие механические свойства и отсутствие биодеградируемости. Однако в сочетании с другими материалами, используемыми исследователями для создания костных каркасов, полипиррол можно использовать без какого-либо токсического воздействия на остеобласты.

Образцы материалов на основе желатина, мезопористого силикагеля, гидроксиапатита и полипиррола (+PP). Изображение поверхности материала, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Фотография предоставлена Юрием Шаталиным.

Одновременное использование такой комбинации веществ для создания костных каркасов позволило исследователям улучшить свойства выбранных материалов для ускорения регенерации кости и в то же время для продления высвобождения антибактериальных веществ до 4 месяцев с момента введения.

«Свойства полученных материалов сравнивались в разных экспериментах, в которых каркасы, содержащие полипиррол, демонстрировали хорошие механические свойства, более высокую адсорбцию белка и более высокий процент высвобождения модельного антибиотика – ванкомицина в течение длительного времени, по сравнению с непроводящими каркасами, – комментирует исследование один из авторов работы, старший научный сотрудник Лаборатории тканевой инженерии ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Юрий Шаталин. – Остеобласты, клетки костной ткани, помещенные в исследуемые материалы, оставались жизнеспособными в течение 14 дней, что позволяет предполагать их хорошую биосовместимость».

Таким образом, ученые создали новые проводящие композитные костные каркасы, а полученные ими результаты полностью подтверждают их применимость в адресной доставке лекарств и перспективность дальнейшего исследования данных материалов в различных ткане-инженерных приложениях и регенеративной медицине будущего.

31.01.2018 Источник: ИТЭБ РАН

Ученым удалось прочитать геном человека при помощи «карманного» прибора для секвенирования MinION размером со смартфон. В статье, опубликованной в Nature Biotechnology, также описан поставленный с помощью того же устройства рекорд по самому длинному прочтению молекулы ДНК — длина непрерывного прочтения составила 882 тысячи пар оснований.

Несмотря на то, что на сегодняшний день прочитаны геномы десятков видов животных, а стоимость секвенирования снизилась на порядки по сравнению с первыми подобными экспериментами, определение полной последовательности ДНК эукариотических организмов все еще представляет собой нетривиальную задачу. В основном это связано с тем, что значительная часть генома представляет собой повторяющиеся последовательности — микросателлитную ДНК, тандемные повторы, ретроэлементы и так далее.

Самая распространенная технология высокопроизводительного секвенирования ДНК на сегодня подразумевает разбиение молекулы ДНК на маленькие кусочки в несколько сотен пар оснований, их амплификацию (размножение) и прочтение. Из таких маленьких кусочков при помощи математических алгоритмов затем восстанавливают полную последовательность генома (этот процесс называется сборкой). Многие участки ДНК, особенно содержащие повторы, при этом вообще выпадают, либо исследователи не уверены в их точной последовательности. Даже в референсном геноме человека, который впервые опубликовали в 2001 году, до сих пор есть пробелы.

Чтобы этого избежать, инженеры сосредоточились на технологиях секвенирования, которые позволяют определять последовательность как можно более длинной молекулы ДНК, причем желательно без амплификации. На сегодняшний день самым популярным решением для прочтения и сборки больших геномов была технология компании PacBio, позволяющая непрерывно прочитать несколько десятков тысяч пар. Для маленьких геномов, например, бактериальных, компания Oxford Nanopore Technologies в 2014 году предложила «карманный» секвенатор MinION, который также способен непрерывно прочитывать длинные последовательности, но при этом ограничен по емкости.

MinION представляет собой прибор размером со смартфон, который подключается к компьютеру через USB-кабель. Принцип его действия основан на измерении электрической проводимости во время протягивания молекулы ДНК через пору в мембране прибора. Стоимость прибора и стартового набора реактивов составляет тысячу долларов, что по сравнению с другими существующими технологиями довольно дешево. Разработчики позиционируют его как полевой секвенатор, который может быть использован «в джунглях, в Арктике, на космической станции». В подтверждение тому недавно при помощи MinION на МКС действительно прочитали несколько последовательностей ДНК, в том числе митохондриальный геном мыши.

Исследователи из нескольких американских и канадских институтов, в том числе университета Калифорнии и Национального исследовательского института генома человека (США) показали, что при помощи MinION можно успешно прочитать геном человека. Более того, ученые оптимизировали протокол секвенирования для прочтения ультра-длинных фрагментов ДНК в сотни тысяч пар оснований.

Размер генома человека составляет примерно 3 миллиарда пар оснований (три гигабазы). Прочтение ДНК клеточной линии человека GM12878 было проведено силами сотрудников пяти лабораторий, в работе было использовано 39 рабочих ячеек MinION и оптимизированный протокол пробоподготовки. В итоге ученые получили 91,2 гигабаз данных, что соответствует 30-кратному покрытию генома. Длина более половины прочтенных фрагментов ДНК составила 100 тысяч пар оснований и более. Дополнительно исследователи показали, что с оптимизированным протоколом возможно определение последовательности ДНК до 882 тысяч пар оснований. Фактически, максимальная длина прочтения определяется только качеством выделения ДНК.

Для объединения последовательностей в одну авторам пришлось оптимизировать также алгоритмы сборки, так как большинство существующих программ заточены под короткие фрагменты. После сравнения с референсным геномом линии GM12878, который был прочтен более традиционными методами много раз, оказалось, что полученная последовательность покрывает 85,8 процентов генома, а точность сборки приближается к 100 процентам.

Прочтение таких длинных фрагментов ДНК в ходе секвенирования позволило авторам заполнить пробелы в последовательности человеческого генома и упростить анализ многих его участков. К примеру, локус главного комплекса гистосовместимости (HLA) имеет сложную структуру и множество повторов, поэтому его последовательность очень сложно определять. В данном случае все гены попали в одну непрерывную прочтенную последовательность, что избавило исследователей от необходимости кропотливо собирать ее из кусочков. Помимо этого, ученые продемонстрировали возможность распознавать при помощи этой технологии секвенирования эпигенетические метки, в частности, метилирование ДНК, что с другими технологиями было невозможно.

Секвенирование генома человека является своеобразной контрольной точкой в определении производительности технологии. Данная работа обещает дальнейшее упрощение и удешевление не только непосредственного определения последовательности ДНК, но и ее анализа. Подробнее об истории развития технологий секвенирования ДНК можно прочитать в нашем материале.

29.01.2018 Источник: nplus1.ru

Ученые впервые оценили количество вирусов, которые циркулируют с ветром, и обнаружили, что мы находимся под постоянным «вирусным дождем».

Канадским вирусологам впервые удалось количественно рассмотреть всю массу вирусных частиц, которые ветром поднимаются с поверхности в тропосферу и могут переноситься на тысячи километров, осыпая Землю «вирусным дождем». Статью Кёртиса Саттла (Curtis A. Suttle) и его коллег из канадского Университета Британской Колумбии публикует журнал Международного сообщества микробной экологии The ISME Journal.

«Около 20 лет назад мы стали обнаруживать генетически идентичные вирусы в совершенно разных областях по всему миру, – объясняет Саттл. – Легко представить себе, что вирусы поднимаются в атмосферу на одном континенте и "выпадают" на другом». По оценке ученых, ежедневно на каждый квадратный метр поверхности Земли опускается порядка 800 млн вирусных частиц.

Ветер уносит вирусы и бактерии вместе с частицами пыли, а еще эффективнее – с микрокаплями воды океанов. Они могут подниматься на высоту более 2,5–3 км, где дуют стабильные и сильные ветры, разносящие микробы на большое расстояние. С учетом крошечных размеров вирусов, их частицы переносятся эффективнее: Саттл и его коллеги установили высоко в горах Сьерра-Невада специальные платформы и зарегистрировали этот «дождь», показав, что вирусов «выпадает» в 460 раз больше, чем бактерий.

07.02.2018 Источник: naked-science.ru