Badanie próbek komórek macierzystych od setek osób w tej samej szalce hodowlanej, przy użyciu metody opracowanej w Garvan Institute of Medical Research, może mieć potencjał transformacyjny w zakresie spersonalizowanych terapii i badania złożonych cech ludzkich.

Komórki macierzyste mogą przekształcić się w wiele różnych typów komórek w organizmie i pozwalają naukowcom badać choroby i testować leki w ludzkich komórkach. Główną przeszkodą są jednak koszty i czas, ponieważ badania te wymagają próbek od setek, a nawet tysięcy dawców.

Innowacyjny system „wioski w naczyniu” zespołu Garvan może przyspieszyć te badania, hodując i badając komórki macierzyste od dużej liczby dawców jednocześnie, w tej samej szalce hodowlanej, dzięki czemu badania są nawet 100 razy wydajniejsze.

„Nasz model wioski zapewnia skuteczny sposób zrozumienia, w jaki sposób różnice genetyczne między ludźmi wpływają na zdrowie i choroby” – mówi profesor Joseph Powell, dyrektor ds. „Mimo że mamy wspólne większość naszego DNA, różnice w naszych genach prowadzą do unikalnych cech i reakcji. System wiejski oddaje tę różnorodność na dużą skalę, ujawniając, w jaki sposób różnice genetyczne między ludźmi wpływają na złożone mechanizmy leżące u podstaw biologii i chorób”.

Wcześniejsze badania genomiki populacji opierały się na technice zwanej masowym sekwencjonowaniem RNA w celu oceny ekspresji genów, która skutecznie uśrednia zróżnicowaną ekspresję różnych typów komórek w jedną miarę. Maskuje to potencjalne różnice między poszczególnymi komórkami lub typami komórek i może zapewnić niepełny lub stronniczy obraz ekspresji genów w próbce, potencjalnie prowadząc do niedokładnych lub wprowadzających w błąd wniosków.

Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy opracowali podejście „wiejskie”, w którym komórki macierzyste od wielu dawców są hodowane na jednym naczyniu i analizowane przy użyciu techniki zwanej sekwencjonowaniem pojedynczych komórek. Ich odkrycia pokazują, że metoda zachowuje kluczowe cechy poszczególnych kultur. Zapewnia to wydajne rozwiązanie do skalowania eksperymentów do ogromnych rozmiarów próbek wymaganych do uzyskania dokładnego obrazu populacji.

Potężne miejsce do badania biologii człowieka

Metoda wsi w naczyniu umożliwia badania na dużą skalę układów narządów ludzkich, które normalnie są niedostępne. Generowanie komórek specyficznych dla narządu od wielu osób eliminuje potrzebę uzyskiwania żywych próbek tkanek tych narządów od dawców i przezwycięża ograniczenia związane z badaniem komórek tylko kilku osób. Na przykład może ujawnić wgląd w choroby serca, generując komórki serca od tysięcy ludzi, co byłoby niemożliwe w przypadku bezpośredniego pobierania próbek tkanek.

„Badania medyczne często opierają się na modelach zwierzęcych, które nie są idealnymi fizjologicznymi odpowiednikami człowieka. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, które można wygenerować z próbki krwi pacjenta, dostarczają pełnego profilu DNA pacjenta, a następnie można różnicować w prawie każdą komórkę „Z punktu widzenia nauki podstawowej system oparty na komórkach macierzystych jest potężnym środkiem do uzyskania wglądu w związek między genetyką człowieka a biologią, czego nie można osiągnąć za pomocą modeli zwierzęcych” – mówi profesor Powell.

Od naczynia hodowlanego do kliniki

Ta metoda umożliwi przeprowadzenie szybkich badań klinicznych w celu przewidzenia, w jaki sposób grupy pacjentów mogą zareagować na leki, umożliwiając odkrycie nowych metod leczenia.

„Potencjał translacyjny tych badań jest szczególnie przekonujący. Badając komórki wielu osób jednocześnie, możemy zidentyfikować czynniki genetyczne, które wpływają na chorobę i reakcję na leczenie na niespotykaną dotąd skalę” – mówi dr Drew Neavin, pierwszy autor artykułu i doktor habilitowany naukowiec w firmie Garvan.

„Przykładem jest ocena toksyczności kardiologicznej lub akumulacja ciałek Lewy’ego w chorobie Parkinsona w setkach linii komórkowych pochodzących od pacjentów. Zamiast odzwierciedlać pojedyncze osoby, takie badania ujawniłyby wspólne i odrębne odpowiedzi między grupami genetycznymi. Spostrzeżenia mogłyby następnie wpłynąć na badania kliniczne poprzez wstępna selekcja populacji pacjentów, które prawdopodobnie odniosą korzyści. Ogólnie rzecz biorąc, to podejście może zmienić naszą zdolność do przekładania nauki o komórkach macierzystych na precyzyjne terapie” – mówi Neavin.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Komunikacja natury.

Jest to część dużej współpracy na styku genomiki populacji i badań nad komórkami macierzystymi, z partnerami naukowymi z University of Queensland, University of Melbourne i Menzies Institute.

„Z niecierpliwością czekamy na to, jak nasz system wiejski zostanie wykorzystany do uzyskania bezprecedensowego wglądu w genetyczne podstawy złożonych cech i chorób, co przełoży się na precyzyjną diagnostykę, dostosowane leczenie i lepsze zdrowie dla wszystkich” – mówi profesor Powell.