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科學家開發出將粒線體轉移到哺乳動物細胞的簡單方法

科學家開發出將粒線體轉移到哺乳動物細胞的簡單方法
  • 研究人員開發了一種名為 MitoPunch 的簡單、高通量設備,用於將分離的粒線體及其 DNA (mtDNA) 轉移到哺乳動物細胞中。 

  • 雖然粒線體轉移並不新鮮,但 MitoPunch 可以同時將粒線體轉移到超過 100,000 個受體細胞。 

  • 這種方法允許研究人員定制細胞的特定遺傳成分,有望為多種疾病提供更好的治療方法。 

本文發表在加州大學洛杉磯分校瓊森綜合癌症中心新聞: 

加州大學洛杉磯分校 Jonsson 綜合癌症中心的科學家們開發了一種簡單、高通量的方法,將分離的粒線體及其相關粒線體 DNA 轉移到哺乳動物細胞中。 這種方法使研究人員能夠定制細胞的關鍵遺傳成分,以研究和潛在治療癌症、糖尿病和代謝紊亂等衰弱性疾病。

今天發表在雜誌上的一項研究 細胞報告,描述了加州大學洛杉磯分校開發的名為 MitoPunch 的新設備如何將線粒體同時轉移到 100,000 個或更多受體細胞中,這是對現有線粒體轉移技術的重大改進。 該設備是加州大學洛杉磯分校科學家持續努力的一部分,他們透過開發受控的、可操作的方法來了解線粒體 DNA 的突變,從而改善人類細胞的功能或更好地模擬人類線粒體疾病。

「產生具有所需粒線體DNA 序列的細胞的能力對於研究粒線體和細胞核中的基因組如何相互作用以調節細胞功能非常有用,這對於理解和潛在地治療患者的疾病至關重要,」該研究所的博士生Alexander Sercel 說。加州大學洛杉磯分校大衛格芬醫學院的教授和該研究的共同第一作者。

粒線體通常被稱為細胞的“動力裝置”,是從人類的母親那裡遺傳的。 它們依靠粒線體 DNA 的完整性來執行其基本功能。 粒線體 DNA 的遺傳性或後天性突變會嚴重損害能量產生,並可能導致衰弱性疾病。

操縱粒線體 DNA 的技術落後於操縱細胞核 DNA 的進步,但可能有助於科學家開發疾病模型和針對這些突變引起的疾病的再生療法。 然而,目前的方法是有限且複雜的,並且在大多數情況下只能將具有所需粒線體DNA序列的粒線體遞送到有限數量和種類的細胞中。

MitoPunch 設備操作簡單,可以將從不同供體細胞類型分離的各種線粒體一致的線粒體轉移到多種受體細胞類型中,甚至對於非人類物種,包括從小鼠中分離的細胞。

共同第一作者、加州大學洛杉磯分校博士後亞歷山大·帕塔納南(Alexander Patananan) 表示:「MitoPunch 與其他技術的不同之處在於,它能夠改造非永生、非惡性細胞,例如人類皮膚細胞,以產生獨特的粒線體DNA-核基因組組合。」學者,現任職於安進公司。 「這項進展使我們能夠研究特定粒線體 DNA 序列對細胞功能的影響,還可以將這些細胞重新編程為誘導多能幹細胞,然後分化為有功能的脂肪、軟骨和骨細胞。”

MitoPunch 是在 Jonsson 癌症中心主任、病理學和實驗醫學教授 Michael Teitell 博士和加州大學洛杉磯分校 Henry Samueli 工程與應用學院機械和航空航天工程教授 Pei-Yu (Eric) Chiou 的實驗室中創建的Science 和來自加州卡爾弗城ImmunityBio, Inc. 的Ting-Hsiang Wu。

MitoPunch 基於現有技術和該團隊於2016 年開發的一種名為光熱奈米刀片的設備。但與光熱奈米刀片不同的是,光熱奈米刀片需要複雜的雷射和光學系統才能運行,MitoPunch 的工作原理是利用壓力推動分離的粒線體懸浮液通過多孔結構。膜上塗有細胞。 研究人員提出,這種施加的壓力梯度能夠在離散位置刺穿細胞膜,使粒線體能夠直接進入受體細胞,然後進行細胞膜修復。

「當我們第一次創造光熱奈米刀片時,我們就知道我們需要一個吞吐量更高、使用更簡單的系統,以便其他實驗室更容易組裝和操作,」兒科和兒科部門負責人 Teitell 說。發育病理學和加州大學洛杉磯分校廣泛幹細胞研究中心的成員。

「這種新設備非常有效,讓研究人員以簡單的方式研究粒線體基因組——將其從一個細胞交換到另一個細胞——這可以用來揭示控制廣泛細胞功能的基本生物學,並且可以,有一天,為治療粒線體 DNA 疾病帶來希望。”

這項研究發表於 細胞報告 2020 年 12 月。 

 



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