傷ついた心は時間が経てば修復されます。 ただし、心臓発作後の心臓組織には当てはまりません。 皮膚や体の他の多くの組織は損傷後に自己修復する能力を保持していますが、心臓にはこの能力がありません。 心臓細胞は、胎児および胎児の発育中に急速に分裂して、心臓組織および心筋を形成します。 しかし、成人になって心臓細胞が成熟すると、分裂できなくなる終末状態に達します。
心臓発作後の心筋の修復は心臓研究の最前線であり、研究者らは心筋細胞を再生させる方法を研究してきた。 現在、デューク大学の生物医学エンジニアは、癌という思いがけない場所から新しい戦略を開発しました。
で発表された彼らの新しい研究では、 科学の進歩 「」というタイトルの記事で、人工心筋における細胞周期、代謝、および機能に対する BRAF-V600E の時間依存的効果」とデューク大学の研究者らは、心臓組織の実験室モデルで心筋を増殖させることができる黒色腫で見つかった強力な変異を利用した。
「成熟した心筋細胞は通常分裂しないので、それらを増殖させるには特に強力な遺伝子変異が必要だと考えました」とデューク大学生物医工学教授のネナド・バーサック博士は語った。 「MAPK は、変異するとかなり積極的にがんの増殖を誘導する可能性があるよく知られた経路であり、それが私たちがこれを調査することにした理由です。」
研究では、バーサック氏と博士課程の学生ニコラス・ストラッシュ氏は、3Dヒドロゲル環境内で成長させた新生児ラットの心臓細胞を研究した。 同研究室が10年以上かけて開発したヒドロゲル環境は、細胞が成長して成人のような心筋組織に成熟する合図を提供し、そこで細胞分裂が自然に停止する。
BRAF 変異が機能していることを示す、操作されたラット心臓組織の 2 つの断面図。 右側の BRAF で改変された細胞には、より多くの新しく合成された DNA (緑色) があり、変異が細胞分裂を誘導していることを示しています。 [Nicholas Strash, Duke University]筋肉を分裂させて再び成長させようとして、研究者らは変異したBRAF遺伝子を搭載したウイルスを筋肉に感染させた。 ウイルスは通常の動作に従って、変異した遺伝子を細胞に挿入し、それを細胞の DNA の一部にしました。 次に研究者らは、変異したBRAF遺伝子を活性化させる薬剤を導入した。
皮膚がんと同様、変異遺伝子が活性化されると心筋細胞が DNA 合成を開始しますが、欠点がないわけではありません。
「細胞が増殖期に入り始めると、心臓内で収縮して血液を送り出すための機構も分解し始めます」とストラッシュ氏は言う。 「これにより、組織全体の収縮強度が約 70% 失われることになり、これはかなり劇的なことです。 その理由の一つは、組織内のほぼすべての細胞がウイルスに感染したことです。」
体力の低下に伴うため、遺伝子活性化の投与量と期間を正確に制御する必要があるため、人間の患者に使用する前にやるべきことがたくさんあります。
研究者らは、臨床医が完全に制御できる方法で遺伝子を正しい細胞に送達できる、別の送達システムを適用する必要がある。 もう一つの障害は、組織の強度を失わずに心臓組織の再生をどのように開始するかを決定することです。
強い筋肉の収縮に必要な構造である筋肉サルコメアの違いを示す、人工心臓組織の断面の染色画像。 サルコメアの予想される縞模様を示す対照組織 (左) と比較して、変異 BRAF 遺伝子を発現する組織 (右) は非常に無秩序な外観を示しており、これが観察された強度の低下に寄与している可能性があります。 [Nicholas Strash, Duke University]研究者らは、複製が始まった後、心臓の大部分で収縮機構が影響を受ける前に、変異した遺伝子の活動を停止できる可能性があると考えている。 あるいは、増殖後に細胞が解体されたポンプ機構を再構築するよう促す可能性のある2番目の治療法を投与する機会があるかもしれません。
研究者らは将来に向けて、この戦略が生きた動物の心臓でどのように機能するかを研究し、実験室でテストされた結果と比較することを計画している。 生きた動物を扱うことで、変異した BRAF 遺伝子によって他のどのような遺伝子やプロセスが活性化されるのかについてもより深く理解できるようになります。
「心臓には基本的に原発がんはなく、原発がんがないのはほぼ唯一のことです」とバーサック氏は言う。 「心臓にこの癌の突然変異が導入されることは、明らかに人工的な結果であり、自然には起こりません。 研究室で培養した組織でそれを研究することは、このシグナル伝達経路全体が心臓内で何をしているのかを理解するための大きな一歩であり、再生療法を超える利点がある可能性があります。」
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#細胞分裂を促すがんの突然変異が心臓モデルの全力疾走を助ける
2024-01-26 02:57:22