줄기세포 분화능

세포 분열이 없으면 조직의 장기 생존이 불가능합니다. 각 조직 내에서 세포는 분열을 통해 계속해서 스스로를 보충하지만, 회전율은 동일한 조직 내에서 서로 다른 세포 유형에 따라 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, 성인 포유동물의 뇌에서 신경 세포는 거의 분열하지 않습니다. 그러나 뇌의 신경교 세포는 포유동물의 성인이 되는 동안 계속 분열합니다. 포유류의 상피 세포도 자주, 일반적으로 며칠에 한 번씩 역전됩니다.

뉴런 성숙함에 따라 분열 능력을 잃는 것은 세포만이 아닙니다. 사실, 많은 분화된 세포가 이 능력을 잃습니다. 이러한 손실을 방지하기 위해 조직은 줄기 세포를 유지하여 미분화 세포의 저장소 역할을 합니다. 줄기 세포는 종종 다양한 유형의 세포로 성숙하는 능력을 가지고 있습니다. 전사 인자(세포에서 전사되는 유전자를 조절하는 단백질)는 특정 줄기 세포가 분화할 때 취하는 경로를 결정하는 데 필수적인 것으로 보입니다. 예를 들어, 장세포와 줄기 세포는 모두 동일한 줄기 세포 집단에서 발생하지만 다른 전사 프로그램으로 인해 상당히 다른 세포로 성숙됩니다.

줄기 세포가 특정 유형의 세포를 생산하도록 요청받을 때마다 비대칭 세포 분열을 겪습니다. 비대칭 분열을 통해 생성된 두 딸세포는 각각 고유한 생활 과정을 가집니다. 이 경우 딸세포 중 하나는 세포분열 능력이 유한하여 분화를 시작하고, 나머지 딸세포는 무한한 생식능력을 가진 줄기세포로 남게 된다.

성체 유기체의 대부분의 조직은 일정한 크기를 유지하지만 이러한 조직을 구성하는 세포는 끊임없이 거꾸로 뒤집혀 있습니다. 따라서 특정 조직이 동일한 크기를 유지하려면 세포 사멸 속도와 세포 분열 속도가 균형을 유지해야 합니다. 많은 요인이 조직에서 세포 사멸을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 세포 사멸 또는 프로그램된 세포 사멸은 손상된 DNA 또는 결함이 있는 미토콘드리아를 포함하여 손상된 세포를 선택적으로 제거합니다.

세포 사멸 동안 세포의 프로테아제와 뉴클레아제가 활성화되고 세포는 스스로 파괴됩니다. 세포는 또한 프로그램된 세포 사멸이 시작되기 전에 생존 인자와 다른 세포로부터 받는 음성 신호를 모니터링합니다. 세포 사멸이 시작되면 빠르게 진행되어 알아볼 수 있는 핵 물질이 있는 작은 조각을 남깁니다. 그런 다음 특수화된 세포는 이러한 단편을 빠르게 섭취하고 분해하여 세포자살의 증거를 감지하기 어렵게 만듭니다.

줄기 세포 배양과 마찬가지로 분화 방법은 줄기 세포 유형, 종, 표적 계통 및 체세포 유형에 따라 다릅니다. 줄기 세포가 분화를 유도할 때 진행 상황을 모니터링하고 세포의 표현형을 확인하는 것이 중요합니다. 분화된 세포 유형의 계보 및 식별은 다음을 통해 분석할 수 있습니다. PCR 기술 Real-Time PCR 또는 디지털 PCR, 유세포 분석/분할, 세포 면역화학, 웨스턴 블로팅 방법 및 바이오마커 분석.

배아 몸: 줄기 세포 분화의 가장 오래된 방법 중 하나는 배아 발생(EB)입니다. 일반적으로 줄기세포는 접착면, 피더세포, 복합기질 없이 배양되면 세포가 재편성된다. 이 세포 하위 집합은 자발적으로 분화합니다. EB는 세 가지 배엽(외배엽, 중배엽, 내배엽)을 모두 포함합니다. EB는 여전히 배아줄기세포(ESC) 및 유도만능줄기세포(iPSC)의 초기 분화 단계로 일반적으로 사용됩니다.

모든 다운스트림 분화된 세포는 이 기본 구조에서 파생됩니다. 현탁액 배양, 현탁액 배양 및 반고체 배지에서의 배양을 포함하여 EB의 형성을 위한 몇 가지 방법이 있습니다. 모든 절차는 세포의 특성에 따라 효소 또는 베르신을 사용하여 플레이트에서 고밀도 세포 배양물을 분리하는 것으로 시작됩니다. 원하는 최종 결과에 따라 EB에 3개의 배아 층이 모두 존재하는 것이 단점이 될 수 있습니다. 특정 세포주 또는 유형이 필요한 경우 원하지 않는 세포 유형에 대해 배양을 제거해야 합니다. 따라서 EB를 사용하지 않고 ESC와 iPSC를 직접 구별하기 위해 많은 프로토콜이 개발되었습니다. 이러한 방법은 종, 혈통 및 세포 유형에 따라 다릅니다.

외배엽(Ectoderm)의 세포: 중추신경계, 모발, 표피는 모두 외배엽에서 기원합니다. 미분화 문화에서 전 뉴런을 생성하는 몇 가지 프로세스가 있습니다. 이러한 프로토콜 중 하나가 아래에 설명되어 있습니다(Zhang et al. 2001). 이 프로토콜은 여러 다른 유형의 뉴런 생성을 위한 기초입니다. 뉴런 형성 EB를 유도하기 위해, 배양 배지를 헤파린 bFGF(기저 섬유아세포 성장 인자)를 함유하고 N2가 보충된 신경 배경 배지로 교체하였다. N2 보충제에는 트랜스페린, 인슐린, 프로게스테론, 푸트레신 및 셀레나이트가 포함됩니다. 이틀 후, 분화된 EB의 결합은 라미네이트 또는 폴리오르니틴 코팅된 플레이트에 도말함으로써 유도되었다. 배양 10-11일 후, EB는 원시 신경 상피 세포로 분화합니다.

세포의 식별은 PAX6(접합된 box 6 단백질, 하나의 전사 인자), SOX2(Y-box 성 결정 영역 2, 또 다른 전사 인자) 및 N-cadherin(분자 칼슘 의존적 세포 부착인자)을 염색하여 확인할 수 있습니다. 신경 조직에 특이적임). 이 시점에서 신경 상피 세포를 운동 뉴런(Li et al. 2005), 도파민성 뉴런(Yan et al. 2005), 구상 세포(Nistor et al.)를 포함한 중추 신경계의 특정 세포 유형으로 분화할 수 있습니다. 2005).

중배엽 세포: 진피의 세포는 혈액, 근육, 뼈, 연골 및 심장을 포함한 신체 내부 지지 구조의 대부분을 구성합니다. 새로운 진피 세포는 다음과 같은 일반적인 질병의 치료에 사용될 가능성이 있기 때문에 골관절염, 골다공증 및 심장 관련 질병, 줄기 세포를 중배엽 세포로 분화시키는 과정에 주로 초점을 맞추었습니다. 10일 된 EB에서 자발적으로 성장한 심근세포를 젤라틴으로 코팅된 시트에 펼쳤습니다(Kehat et al. 2001). 다행스럽게도 심근세포는 세포의 작은 비율을 차지하지만 특유의 리드미컬한 수축으로 인해 쉽게 알아볼 수 있습니다. 심근세포는 심장 표지자에 대한 항체를 사용한 세포 분류에 의해 분화된 배양물의 나머지로부터 분리될 수 있습니다(Xu et al. 2002).

심근세포를 유도하는 대안적인 방법은 알파-미오신 중쇄 프로모터에 의해 촉진되는 내성 유전자를 포함하는 바이러스 벡터를 줄기 세포에 접종하는 것입니다. 내성에 대한 후속 선택을 통해 심근세포로 분화하는 세포를 선택할 수 있습니다(Zhao and Lever 2007). 조혈 계통으로 줄기 세포의 분화는 질병에 특히 중요하며 오랫동안 임상적 관심을 가져왔습니다. 혈액암, 백혈병과 같은.

초기 연구는 인간 배아 줄기 세포(hESC)를 조혈 시스템의 대부분의 세포로 분화시키는 기술의 개발로 이어졌습니다(Keller et al. 1993, Kaufman et al. 2001). 최근에는 수혈, 조혈질환, 혈관질환(내피세포 포함), 면역결핍 iPSC와 hESC를 모두 조혈 및 혈관계의 세포로 분화시키는 기술 개발에 대한 관심이 증가했으며 이러한 파생 요법에 대한 임상 시험이 수행되었습니다. 백혈병, 림프종 및 겸상 적혈구 질환 (Nature Biotechnology News 2014).

내배엽 세포: 내피는 췌장과 간을 포함한 많은 내부 장기를 형성합니다. 당뇨병과 간 질환의 높은 유병률은 인슐린 분비 세포와 간세포의 생산을 줄기 세포 연구 분야에서 중요한 표적으로 만들었습니다. 제1형 당뇨병 췌장에 있는 랑게르한스 섬의 인슐린 분비 베타 세포가 파괴되기 때문입니다. 현재 치료 옵션에는 췌장 이식 또는 기증자 베타 세포 주입이 포함됩니다. 그러나 기증자 공급이 부족하고 베타 세포 이식은 일반적으로 수혜자의 면역 반응이 기증된 베타 세포의 파괴로 이어지기 때문에 영구적인 치료법이 아닙니다.

이제 인간 배아 줄기 세포를 모든 췌장 세포주로 유도하는 것이 가능합니다(Guo and Hebrok 2009). 그러나 복합 분화 동안 생성된 베타 유사 세포는 효율적인 인슐린 생성자가 아니며 천연 베타 세포만큼 세포 신호 전달에 완전히 반응하지 않습니다(Furth and Atala 2009). 이 연구 라인의 돌파구가 최근에 보고되었으며, 많은 수의 기능성 인간 췌장 β 세포가 시험관 내에서 생성되어 당뇨병에서 탐색, 약물 발견 및 세포 이식 요법을 위한 전례 없는 세포 소스를 제공합니다(Pagliuca et al. 2014). 이식을 위한 간세포(간세포)의 발달 과정은 느립니다. 줄기 세포는 여러 방법에 의해 간세포 유사 세포로 분화되었습니다(Hay et al. 2008, Basma et al. 2009, Szkolnika et al.

참조 출처: bio-rad.com, nature.com