미세중력 조건하에서 Urodela의 조직 재생을 위한 줄기세포의 거동

줄기 세포

줄기 세포 의존성 재생에 대한 실험

이 글은 미세중력에서의 양서류의 줄기 세포 의존성 재생에 대한 실험의 데이터를 요약하고 있습니다. 많은 조직에 대한 그것의 해로운 영향을 고려하여, 우리는 미소 중력이 회복 과정, 특히 소스 세포의 활성화와 증식과 양립할 수 있는지 물었습니다. 실험은 심오한 재생 능력과 높은 견고성을 결합하여 까다로운 우주 비행 환경에서 렌즈, 망막, 사지 및 꼬리 재생에 대한 생체 내 연구를 가능하게 하는 꼬리 달린 양서류를 사용하여 수행되었다. 미세중력은 줄기세포 증식을 다양한 범위로 촉진했으며, 소스 세포 분화를 가속화하고 망막, 수정체, 사지의 순차 분화를 가속화하여 1g 대조군보다 크고 발달된 재생물을 형성했습니다. 또한 뮐러 글리아 세포의 증식과 비대를 촉진하여 반응성 교화증과 유사한 반응을 유도하였습니다. 줄기세포 증식의 현저한 증가는 대부분 재생에 유익했고 드문 경우에만 중간 정도의 조직 성장 이상을 유발했습니다. 미세중력이 작동 전에 적용되더라도 지속적인 효과를 내는 것이 중요합니다. 실험 환경에서 영향을 받은 섬유아세포 성장인자 2 시그널링 경로와 열충격 단백질을 포함한 줄기세포 행동의 중력 의존적 변화의 잠재적 메커니즘에 대해 가설을 세웁니다. 종합하면, 우리의 데이터는 작은 중력이 뉴트 줄기 같은 세포의 자연적인 재생 가능성을 방해하지 않으며, 시스템에 따라서는 그들의 탈분화, 증식, 분화를 자극하기도 한다는 것을 보여줍니다. 이러한 데이터를 포유류의 체외 줄기세포 행동과 극미 중력 내 무척추동물 재생에 대해 함께 논의합니다. 생체 내 데이터는 매우 드물고 변화된 중력에 대한 줄기세포 반응 메커니즘을 설명하기 위해 세포 행동 분석의 현대적 방법을 사용하는 추가 연구가 필요합니다. 그것들은 우주 비행에서 인간의 보상적 반응을 관리하는 것과 같은 실용적인 응용과 줄기세포 생물학의 기본적인 이해에 모두 관련이 있습니다.

미세 중력 조건하에서 줄기세포

우주 비행 중과 시뮬레이션된 미세 중력에서 줄기세포의 행동을 연구하는 것은 우리 재생의 주요 원천을 나타내는 인간 줄기세포가 생체 내 우주 비행에 어떻게 반응할지를 예측하기 위해 필요합니다. 또한 생명공학적인 분석을 지원하는 것도 필요합니다. 이 분야에서의 연구는 광범위한 세포 모델을 이용하는데, 가장 일반적인 것은 배양된 인간 또는 설치류 줄기세포입니다. 종합하면, 결과는 줄기세포 이동, 증식, 분화에 대한 실제 및 시뮬레이션된 미세 중력의 영향을 보여줍니다. 이는 조직 발달과 재생의 핵심 과정입니다. 우주선과 실험실에서 그러한 실험을 수행하기 위해 원래 하드웨어가 개발되고 있으며, 생체 공학 및 재생 의학에서 세포 자체뿐만 아니라 미세 중력에서 세포 배양 방법을 활용하는 새로운 방법이 제안되고 있습니다. 일부 연구자들은 또한 줄기세포를 포함한 다양한 체외 시스템에 대한 우주 비행 실험에 내재된 우주 방사선의 영향을 연구합니다. 줄기세포에 대한 미세중력의 영향은 세포 유형에 따라 다를 뿐만 아니라 실험마다 다릅니다. 블래버 등 우주왕복선에 탑재된 원래 세포 배양 모듈의 쥐 배아 줄기세포가 줄기세포 상태를 유지했지만 분화 가능성은 낮았습니다. 2D 피펫 임상시험에서 시뮬레이션된 미세중력에서도 분화가 변경되었습니다. 3D 임상시험(10g)에서의 마이너스 3 회전이 증식과 접착의 감소로 이어졌고 세포 사망도 증가하였습니다. 배아 줄기세포 연구는 ISS/Kibo 시설에 탑재된 광범위한 연구 프로그램에 포함되어 있으며, 가까운 미래에 새로운 결과를 제공할 것으로 기대됩니다. 3D 배양에서 심근세포로 분화하는 인간 만능 줄기세포(IMR90 iPSC, H7, H9 배아줄기세포 라인)는 살아남았고 시뮬레이션된 미세중력에서 더 잘 분할되었으며, 이는 해당 유전자의 상향 조절에도 반영되었습니다. SJ-10 위성에 탑재된 자동화된 생물반응기에서 배양된 쥐 텔뇌 조직으로부터 분리된 신경줄기세포는 잠재력을 유지하고 대조군과 유사한 전사 프로파일을 나타냈지만, 분열이 적은 경향이 있었고 신경 분화에 더 쉽게 진입했습니다. 흥미롭게도, 미세 중력에 노출된 신경 줄기세포는 이식 시 성세포로 분화하는 경향이 있었습니다. 간엽 줄기세포는 우주 비행의 주요 관심사인 뼈와 근육 유지 관리를 위한 단서를 제공하기 때문에 미소 중력 실험에서 가장 널리 사용됩니다. 결과는 세포 추출과 배양 프로토콜, 하드웨어 및 일반 실험 접근법의 차이로 인해 크게 달라지지만, 모든 경우 미세 중력은 간엽 줄기세포 생물학의 일부 측면에 영향을 미치는 것으로 입증되었습니다. 특히 시뮬레이션된 미세 중력은 시험관내 세포 이동을 억제하고 힘 민감성 심근세포 및 골아세포와 반대로 세포 전위를 일반적으로 넓히거나 힘 민감성 지방세포에 대한 분화를 촉진하여 분화에 영향을 미치는 것으로 보고되었습니다. 효과는 시간에 따라 달라질 수 있습니다. 72시간 동안 시뮬레이션된 미세 중력에 노출된 중간엽 줄기세포는 내피, 신경 및 지방 발생 분화를 거쳤으며, 10일 후에는 골아세포가 되었습니다. 지금까지, 이러한 결과로부터 확실한 결론을 도출하는 것은 어려웠으며, 하물며 미세 중력의 인식에서 변화된 줄기세포 행동까지 분자 사건의 완전한 사슬을 제안하는 것은 더욱 어려웠습니다. 그러나 일반적으로 논의되는 메커니즘에는 Bradamante 등이 검토한 바와 같이 기계적 신호 전달, 기계적 전달 및 산소의 영향이 포함됩니다. 또한 이러한 메커니즘은 줄기 상태, 세포 증식 및 분화를 제어하는 유전자의 발현을 변화시키는 것으로 끝나는 것이 분명합니다. 예를 들어 RhoA 관련 경로의 변화는 시간 의존 분화에 영향을 미쳤으며, OCT4는 c에서 상향 조절되었습니다. 미세 중력에서의 줄기세포 행동에 대한 생체 내 연구는 훨씬 더 드뭅니다. 활용된 모델에는 평탄한 신아 세포와 쥐 위성 세포가 포함됩니다. 근육 위축은 미세 중력의 가장 잘 알려진 부정적인 영향 중 하나인 반면, 후자는 근육 섬유 유지, 수리 및 리모델링에 중요한 역할을 하는 것으로 간주되기 때문에 특히 중요합니다. 이번 실험에서는 하등 척추동물의 눈, 사지, 꼬리 재생원을 제공하는 줄기세포에 초점을 맞췄습니다. 인간과 다소 거리가 있는 진화적임에도 불구하고, 도롱뇽은 생체 내 줄기세포에 대한 실제 및 시뮬레이션된 미세중력의 영향을 조사하고, 또한 동일한 중력이 없는 유기체에 포함된 줄기세포의 다른 집단의 반응을 비교할 수 있는 귀중한 가능성을 제공합니다. 이 리뷰는 러시아의 바이오 위성 및 포톤 과학 위성 탑재 및 시뮬레이션된 미세 중력에서의 뉴트 재생에 대한 수년간의 연구 결과를 요약한 것입니다. 우리는 고도로 균질한 동물 그룹, 유사한 실험 프로토콜, 균일한 조작 기술, 동물 취급 관행 및 기내 유지보수 시스템을 사용하여 대부분의 조건을 표준화할 수 있었습니다. 모든 우주 비행 실험에서, 인공위성에 탑재된 가스 교환 필터 컨테이너가 장착된 특수 가습 챔버에서 미세 중력에 노출된 동물 그룹을 여러 제어 장치와 비교했습니다.

실험의 결과

다른 동물 모델을 사용한 여러 실험에서 세포 증식, 성장, 분화, 신호 전달, 모양 및 유전자 발현 모두 중력 변화에 영향을 받는 것으로 나타났습니다. 우리는 세포 재생원을 제공하는 줄기 세포와 같은 세포들의 행동에 초점을 맞추어 생체 내 몇몇 뉴트 재생 시스템에 대한 미세 중력의 영향을 연구했고, 그것들이 1차 특징을 유지하고 미세 중력에서 기능을 유지한다는 것을 입증했습니다. 이는 러시아 바이오위성 Bion-M1에 탑승해 쥐 근육의 면역 화학 및 분자 분석을 수행한 30일간의 우주 비행 데이터와 일치합니다. 근육 구조에 대한 일반적인 부정적인 영향에도 불구하고, 미세 중력은 위성 세포(모세포 근육 조직 특이 줄기세포의 활성화와 재생 반응 시작을 막지 않았습니다. 우리는 우리의 결과가 특정 종에 특유한 것이 아니라, 오히려 미세 중력에서 재생 가능성을 유지하는 체내 척추동물 줄기 및 줄기 유사 세포의 일반적인 능력을 반영한다고 결론 내릴 수 있습니다. 이것은 인간 연구에 있어서도 중요합니다. 체내 뉴트 줄기 세포에 대한 미소 중력의 가장 두드러진 영향은 거의 모든 뉴트 재생 시스템에서 관찰되는 증식의 자극입니다. 우리는 이것이 세포 분열을 가속화함으로써 달성되는 것인지 더 많은 세포들이 세포 순환에 들어가도록 유도함으로써 달성되는 것인지 알 수 없습니다. 후자는 보통 소스 세포의 6-7 분할 후에 구별되는 렌즈 재생성의 증가된 크기를 설명할 수 있습니다. 대부분의 경우 증식 증가는 유익했고, 드문 경우 형태학적 이상을 야기했지만, 보다 빠른 재생으로 이어졌습니다. 또한, 시스템에 따라, 미세 중력은 성숙 재생 내에서 탈분화(및 줄기 유사 상태의 획득) 또는 세포의 분화를 촉진했습니다. 미세중력의 작용은 줄기세포의 기능을 크게 중단시키지 않고 줄기세포의 1차 행동을 정량적으로 조절하는 것으로 요약될 수 있습니다. 우리는 미세 중력이 국소 과정과 상호 작용하고 그 세부 사항에 따라 다른 결과를 초래하는 비특이적이고 전체적인 유기 반응을 유도한다고 추측합니다. 정상 조건에서 줄기세포의 증식과 분화를 제어하고 미세 중력의 영향을 받기 쉬운 국소 규제 메커니즘이 각 장에 제시되어 있습니다. 전신 변화는 호르몬 상태, 혈액 구성, 면역 체계에 있는 사람들을 포함할 수 있습니다. 이러한 글로벌 대응을 현지 규제 메커니즘과 연계하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 전신과 국소 미소 중력 효과 사이의 가능한 연관성 중 하나는 후생 유전자 조절입니다. 그것은 최근 몇 년 동안 많은 세포 과정의 맥락에서 광범위하게 연구되고 있으며, 중력 하중과 같은 외부 요인에도 민감하다는 증거가 축적되기 시작했습니다. 예를 들어, DNA 메틸화는 정상적인 조건에서 근원 분화에 중요합니다. DNA 데메틸화제 5-아자시티딘은 MyoD 발현을 상향 조절하고 근생성을 유도하기 때문에 시뮬레이션된 미세중력에서 일어나는 Myod1과 같은 근생성 유전자의 메틸화를 증가시키고 억제할 수 있습니다. 이러한 조건에서의 차별화. Ogneva 등은 30일 우주 비행 후 생쥐의 총 메틸화 수준이 증가했으며 시토신 데메틸라아제 Tet2 전사물의 양이 감소했다고 보고했습니다. 그것은 동시에 관련이 없는 많은 효과와 잠재적으로 조직 고유의 효과로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 앞서 언급한 생쥐의 심장과 폐에서 세포골격 유전자 발현 변화의 이면에 있는 메커니즘으로 메틸화 증가가 제안되었습니다. 유전자 발현에서 형태학적 이상에 이르는 변화된 중력에 대한 반응은 부위와 발달 단계에 따라 달라지며, 각 구조에 대해 민감한 비유전학적 창이 다릅니다. 때로는 성별에 따라 달라집니다. 일반적으로 세포는 불안정한 상태에 있는 경우 중력 변화에 더 민감합니다. 즉, 능동적으로 순환하거나, 분화 상태를 변경하거나, 일부 발달 과정에 참여하거나, 자연적으로 불안정합니다. 재생의 시작에 의해 활성화된 줄기 세포와 줄기 세포는 이 범주에 속합니다. 이 실험에서, 미세 중력에 대한 노출은 보통 탈분화와 줄기 유사 세포 증식의 시작 단계에서 예정되어 있었습니다. 다른 단계에서 다른 효과가 관찰될 수 있습니다. 또는 효과가 관찰되지 않을 수 있습니다. 미리 미세중력을 적용했을 때, 1g 대조군과 비교한 세포 거동의 변화는 작동에 대한 반응으로 활성 증식 단계에서만 발생하여 민감 단계로 표시하였습니다. 우주 비행의 지속적 효과의 또 다른 멋진 예시를 고려하는 것은 흥미롭습니다. 즉, 착륙한 지 오래 후에 후속 절개를 통해 유지되는 재생 플라나리아에서 쌍두 표현형으로 순간 전환됩니다. 평면 재생은 줄기세포인 신세포의 활성화에 의존하기 때문에 이러한 영향은 세포 골격 구조, 생체 전기 회로 또는 Wnt 신호와 같은 생물학의 변화에 의해 조정될 가능성이 높습니다. 이러한 모델과의 비교는 줄기세포에 대한 미세중력의 영향을 매개하는 메커니즘의 보편성에 대한 통찰력을 가져올 수 있습니다.