Cel mai spectaculos în 2013 a fost modul în care noile tehnici s-au răspândit rapid în laboratoarele din toată lumea. Chiar și cercetătorii care nu se specializează în dezvoltarea de noi tehnici au putut să adopte rapid – și chiar să îmbunătățească – noi tehnici de cercetare care să le ofere răspunsuri la întrebările lor, iar rezultatul a fost o accelerare a progresului și un amplu schimb de informații între cercetătorii din domenii diferite. Mai jos este un sumar al celor mai importante si promițătoare progrese înregistrate în biologie și medicină, alcătuit de cei de la The Scientist.
Cum pot fi utile CRISPR-urile?
CRISPR („clustered regularly interspaced short palindromic repeats” sau „secvențe palindromice scurte interdistanțate regulat”) sunt o unealtă folosită pentru editarea genomică. În tandem cu o enzimă numită Cas9, metoda CRISPR permite cercetătorilor să scrie ce cod genetic își doresc. Acum câțiva ani, CRISPR era cunoscut doar pentru rolul în imunitate la bacterii si archaea. Acum, laboratoare din întreaga lume folosesc aceasta metodă pentru o mulțime de scopuri.
„Noua metodă este revoluționară”, a declarat Rudolf Jaenisch, membru fondator al Institutului Whitehead din Cambridge, Massachusetts pentru The Scientist, în mai. El și colegii lui au creat șoareci modificați genetic cu cinci mutații în mai puțin de o lună, „pe când folosind metodele convenționale ar fi luat trei-patru ani”.
În 2013, progresele înregistrate în aplicațiile tehnicilor CRISPR au umplut paginile jurnalelor de profil cu o frecvență amețitoare. În decembrie, cercetătorii au demonstrat că CRISPR/Cas9 pot corecta defecte genetice cauzatoare de boli în celule stem provenind de la mamifere, inclusiv de la oameni. Pe lângă aceasta, tot în decembrie, două articole publicate în Science au prezentat metode de folosire a CRISPR în screening-uri genomice.
O mulțime de organoide
Noi tipuri de muguride organe crescuți în laborator, numiți și organoide, au apărut în 2013. În august, cercetătorii au crescut mici modele tridimensionale ale creierului uman. „Aceasta demonstrează enorma capacitate de auto-organizare a celulelor umane”, a declarat Jurgen Knoblich de la Institutul de Biotehnologie Moleculară al Academiei Științifice Austriece pentru The Scientist când i-au fost publicate rezultatele.
În noiembrie, cercetători americani și spanioli și-au publicat datele despre celule renale progenitor-like funcționale dezvoltate din celule stem umane. Câteva luni mai devreme, alți cercetători au transformat iPSC („induced pluripotent stem cells” sau „celule stem pluripotente induse”), prin reprogramare, în muguri celulari hepatici care și ei s-au dezvoltat în trei dimensiuni. Mugurii celulari hepatici au avut metabolism aparent normal și chiar s-au conectat la sistemul circulator al gazdei după ce au fost implantați în șoareci.
Un viitor în care putem „să ne creștem propriile organe” s-ar putea sa nu fie așa de departe. „Dacă ai putea folosi iPSC pentru a genera un organ cu adevărat funcțional, atunci ai avea un stoc nelimitat de piese de rezervă compatibile genetic pentru fiecare individ”, a declarat Stephen Duncan, directorul Centrului de Medicină Regenerativă al Colegiului Medical din Wisconsin pentru The Scientist în iulie.
Celule stem pluripotente
Abilitatea de a transforma celule cutanate în celule stem printr-o simplă formulă de expresie a genelor a deschis calea către o multitudine de noi experimente. În acest an, cercetătorii au continuat să împingă limitele științei cu noi metode de reinventare a identității celulare. Acum câteva luni, un grup de cercetători din Israel a descoperit o cale de depășire a uneia dintre cele mai mari limitări ale tehnicii de inducere a celulelor stem – ineficiența acestei tehnici. În mod normal, doar una din fiecare 10 celule tratate pentru a deveni pluripotente chiar face ceea ce vor cercetătorii, dar Jacob Hanna, de la Institutul Științific Weizmann și colegii săi au dezactivat o genă care reprimă pluripotența și voilà: eficiență aproape perfectă. „Nu am crezut niciodată că vom ajunge la 100%”, Hanna a spus The Scientist în septembrie. „Aceasta arată ca procesul de preprogramare nu trebuie să fie aleatoriu și ineficient.”
În 2013, cercetătorii au reușit să genereze in vivo forme mai primitive de iPSC decât a fost posibil până acum. Alt grup de cercetători a reușit să reprogrameze celule provenind de la păsări, pești și insecte. Iar un alt grup a ocolit metoda obișnuită de introducere a genelor în celule și a folosit în schimb molecule mici pentru a stimula celulele să ajungă în starea pluripotentă.
Noi aplicații pentru printarea 3-D
Printerele 3-D pot fabrica orice de la suporturi pentru eprubete până la cina din seara asta. Așa că de ce să nu ne printăm propriul nostru univers microbial customizat? Cercetătorii au dezvoltat o matrice gelatinoasă care poate menține bacterii în compartimente separate. „Este în principiu un jeleu cu lucruri suspendate în el” a declarat chimistul și bioinginerul Jason Shear de la Universitate din Texas, Austin, pentru The Scientist, în octombrie.
Laserul de la un printer 3-D construiește un compartiment în jurul bacteriilor. Deși bacteriile sunt menținute într-un loc, semnalele de la celule se pot transmite prin gel. Aleksandr Ovsianikov de la Viena University of Technology din Austria, care nu a fost implicat în proiect, a remarcat că metoda permite cercetătorilor să construiască matricea oricum doresc. „Acesta este un instrument care ar putea permite cross-linkarea gelului, augmentarea gelului cu biomolecule sau crearea de canale în același fel”, spune Ovsianikov. „Acest instrument este mult mai mult decât printare 3-D.”
Implanturi cuhidrogel
Într-un alt exemplu de manipularea a celulelor pe un substrat, cercetătorii au dezvoltat un implant de hidrogel cu un cablu de fibră optică inclus care poate controla activitatea celulelor cu ajutorul luminii. În acest caz, lumina a fost folosită pentru a stimula celulele din hidrogel să prevină creșterea glicemiei la șoarecii diabetici.
Hidrogelul poate nu doar sa transmită lumina, ci și să permită detectarea acesteia când celulele exprimă proteine fluorescente. Seok Hyun Yun de la Universitatea Harvard a explicat în octombrie că grupul lui nu a inventat de fapt nimic nou. „Am conectat tehnologii interesante și oarecum separatepentru a le face să funcționeze în cadrul unu singur sistem … și apoi am găsit un mod de a-l face să funcționeze în interiorul corpului” a declarat el pentru The Scientist.
Metoda are cu siguranță nevoie de îmbunătățiri. Celulele HeLa sunt potențial tumorigene și nu este clar care va fi comportamentul hidrogelului în medii diferite.
Microfabricație à la MacGuyver
Nu toate progresele din știință trebuie să implice metode sofisticate de rezolvare a problemelor. De fapt, puțină ingeniozitate și niște bandă adezivă Scotch pot duce departe, conform lui Raquel Perez-Castillejos, inginer biomedical la New Jersey Institute of Technology din Newark. Cercetătorii pot folosii tehnologia fotolitografică pentru a construi mici indentații pentru cultivarea de celule, dar Perez-Castillejos și colegii ei au descoperit că și decuparea unor forme într-o bandă Scotch lipită de o lamă de sticlă funcționează destul de bine.
Echipa a tăiat mici dreptunghiuri și alte forme în banda adezivă. Apoi au dezlipit banda lăsând atașate pe sticlă formele din bandă și au folosit lama de sticlă ca matrice pentru un polimer pe bază de silicon. După întărire, polimerul a fost separat de lamă și întors invers, iar pe el s-au plasat celule pentru experimente microfluidice. „Uneori încercăm să facem lucrurile la un nivel de precizie foarte ridicat, pentru probleme care nu necesită această precizie, și ne complicăm fără niciun motiv”, declara Perez-Castillejos în ediția din martie a The Scientist.
Noua generație
Noi tehnici de fertilizarea în vitro au oferit unui cuplu de părinți din Philadelphia un copil, născut in mai. Cercetătorii de la Universitatea Oxford au folosit tehnici de secvențiere genetică de nouă generație pentru a crea o metodă de verificare a embrionilor pentru anomalii cromozomiale, mutații genetice și mutații genomice mitocondriale.
„Tehnicile de secvențiere genetică de nouă generație ne îmbunătățesc abilitatea de a detecta aceste anomalii și ne ajută să identificăm embrionii care au cea mai mare șansă să producă o sarcină viabilă”, a spus Dagan Wells, un genetician molecular de la NIHR Biomedical Research Centre de la Universitatea Oxford, într-o declaratie. „Aceasta ar putea duce la creșterea ratei de succes a fertilizării in vitro și la un risc mai scăzut de pierdere a sarcinii.” Specialiștii se așteaptă ca aceste teste sa ajungă să fie folosite pe scară largă.
Bibliografie:
http://www.the-scientist.com
| Urmator > |
|---|
