Ученые из Универсального онкологического центра UCLA Jonsson разработали простой и высокопроизводительный метод переноса изолированных митохондрий и связанной с ними митохондриальной ДНК в клетки млекопитающих. Этот подход позволяет исследователям адаптировать ключевой генетический компонент клеток для изучения и потенциально лечения таких изнурительных заболеваний, как рак, диабет и нарушения обмена веществ.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Cell Reports описывается, как новое устройство, разработанное UCLA, под названием MitoPunch, переносит митохондрии в 100000 или более клеток-реципиентов одновременно, что является значительным улучшением по сравнению с существующими митохондриальными клетками. передача технологий. Это устройство является частью продолжающихся усилий ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по изучению мутаций в митохондриальной ДНК путем разработки контролируемых манипулятивных подходов, которые улучшают функцию клеток человека или лучше моделируют митохондриальные заболевания человека.

Способность генерировать клетки с желаемыми последовательностями митохондриальной ДНК очень важна для изучения того, как геномы в митохондриях и ядре взаимодействуют, регулируя функции клеток, что может иметь решающее значение для понимания и потенциального лечения заболеваний у пациентов ».

Александр Серсел, докторант, Школа медицины Дэвида Геффена, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, и соавтор исследования

Митохондрии, часто известные как «силовая установка» клетки, передаются по наследству от матери человека. Они полагаются на целостность митохондриальной ДНК для выполнения своих основных функций. Унаследованные или приобретенные мутации митохондриальной ДНК могут значительно снизить выработку энергии и привести к изнурительным заболеваниям.

Технологии манипулирования митохондриальной ДНК отстают от достижений в области манипулирования ДНК в ядре клетки и потенциально могут помочь ученым разработать модели заболеваний и регенеративные методы лечения нарушений, вызванных этими мутациями. Однако современные подходы ограничены и сложны, и по большей части могут доставлять митохондрии с желаемыми последовательностями митохондриальной ДНК только в ограниченное количество и разнообразие клеток.

Устройство MitoPunch простое в эксплуатации и обеспечивает согласованный перенос митохондрий из широкого диапазона митохондрий, выделенных из разных типов клеток-доноров, во множество типов клеток-реципиентов, даже для не относящихся к человеку видов, в том числе для клеток, выделенных от мышей.

«Что отличает MitoPunch от других технологий, так это способность конструировать не бессмертные, незлокачественные клетки, такие как клетки кожи человека, для создания уникальных комбинаций митохондриальной ДНК-ядерного генома», – сказал соавтор исследования Александр Патананан. докторант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который сейчас работает в Amgen. «Этот прогресс позволил нам изучить влияние конкретных последовательностей митохондриальной ДНК на функции клеток, а также сделать возможным перепрограммирование этих клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые затем дифференцировались в функционирующие клетки жира, хряща и кости»

.

MitoPunch был создан в лабораториях доктора Майкла Тейтелла, директора онкологического центра Йонссона и профессора патологии и лабораторной медицины, Пей-Ю (Эрика) Чиу, профессора механической и аэрокосмической инженерии в Школе Генри Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Инженерное дело и прикладная наука, и Тинг-Сян Ву, из ImmunityBio, Inc., Калвер-Сити, Калифорния

MitoPunch основан на предшествующей технологии и устройстве под названием фототермический нанолезвие, которое команда разработала в 2016 году. Но в отличие от фототермического нанолезвия, для работы которого требуются сложные лазеры и оптические системы, MitoPunch работает, используя давление для перемещения изолированной митохондриальной суспензии. через пористую мембрану, покрытую клетками. Исследователи предполагают, что этот приложенный градиент давления создает способность прокалывать клеточные мембраны в отдельных местах, позволяя митохондриям напрямую проникать в клетки-реципиенты с последующим восстановлением клеточной мембраны.

«Когда мы впервые создали фототермический нанолезвие, мы знали, что нам потребуется более производительная и простая в использовании система, более доступная для сборки и эксплуатации в других лабораториях», – сказал Тейтелл, который также является начальником отдела. доктор педиатрической патологии и патологии развития и член Исследовательского центра широких стволовых клеток UCLA. «Это новое устройство очень эффективно и позволяет исследователям изучать митохондриальный геном простым способом – переставляя его из одной клетки в другую, – что может быть использовано для раскрытия базовой биологии, которая управляет широким спектром клеточных функций и может: однажды дать надежду на лечение болезней митохондриальной ДНК »