Året i biomedicin

Stamceller

Let bevægelse: For at vise, hvordan optogenetik kan anvendes på medicinske problemer, har forskere gensplejset en mus til at udtrykke et lysfølsomt protein (vist med grønt) i dens iskiasnerve. De kunne derefter udløse muskelbevægelse ved at skinne lys på musklen.

I oktober, 12 år efter, at humane embryonale stamceller først blev isoleret, blev en terapi afledt af sådanne celler testet på mennesker for første gang (First Human Tests of Embryonic Stem Cell Therapy Underway). Terapien, udviklet af Geron, er designet til at behandle rygmarvsskade med en injektion af differentierede neurale celler ind i skadestedet.

Fordi det kliniske forsøg er det første af sin slags, har Geron været nødt til at gå en ny vej fremad med U.S. Food and Drug Administration, da agenturet finder ud af, hvordan man regulerer embryonale stamcelleterapier og vurderer sikkerheden af ​​disse celler. Virksomheden vandt oprindeligt godkendelse til at påbegynde kliniske tests sidste år, men nogle måneder senere blev disse sat i bero, fordi dyreforsøg rejste nye sikkerhedsproblemer.(FDA lader stamcelleforsøg genoptages)

Et andet firma, Advanced Cell Technology, vandt FDA-godkendelse i november til at påbegynde menneskelige tests af sin embryonale stamcelle-afledte terapi for en arvelig form for blindhed.

Mens disse to menneskelige forsøg markerer store fremskridt inden for stamcelleforskning, kan en føderal dommer i Washington, D.C., have skubbet feltet et kæmpe skridt tilbage. I august, kun 18 måneder efter, at præsident Obama gjorde op med en bekendtgørelse fra præsident George W. Bushs administration, der begrænsede brugen af ​​føderale midler til et begrænset antal embryonale stamcellelinjer, forbløffede dommer Royce Lamberth stamcellesamfundet ved at udstede et påbud, der blokerer føderal finansiering af enhver forskning, der involverer embryonale stamceller. (Ny domstolsafgørelse kan ødelægge stamcelleforskning)

Forskere siger, at beslutningen - selv hvis den senere omgøres - vil have en skadelig effekt på feltet, og hæmme lovende medicinsk forskning, der blot byggede frem. Alle bevillinger under revision hos landets største finansieringsagentur, National Institutes of Health (NIH), der involverer menneskelige embryonale stamceller, er blevet sat i bero, mens NIH og andre statslige agenturer forsøger at få påbuddet omgjort.

Den føderale regering appellerede hurtigt forbuddet, og en appeldomstol suspenderede det midlertidigt i september og hørte den seneste runde af argumenter i sagen i denne måned. Det er stadig uklart, hvor hurtigt den domstol vil træffe sin afgørelse, eller hvornår dommer Lamberth vil træffe en endelig afgørelse.

I et løbende forsøg på at undgå de etiske kampe, der har hindret forskning i embryonale stamceller, udviklede forskere en ny metode til fremstilling af inducerede pluripotente stamceller, der er lige så fleksible som embryonale stamceller, men som kan skabes fra voksent væv uden brug af embryoner. (‘A New Way to Make Stem Cells’) Den nye metode, udviklet af Derrick Rossi og samarbejdspartnere på Harvard, er yderst effektiv og bruger RNA i stedet for DNA til at producere de fire proteiner, der er nødvendige for at omprogrammere cellen. Eliminering af behovet for DNA omgår nogle bekymringer ved at skabe disse celler, såsom risikoen for voksende tumorer.

Genomik

I år, 10 år efter afslutningen af ​​Human Genome Project, kom genomsekventering endelig ind i den medicinske praksis. James Lupski , en læge-videnskabsmand, der lider af en neurologisk lidelse kaldet Charcot-Marie-Tooth, fandt kilden til sin sygdom efter en 25-årig søgning ved at sekventere hele hans genom. (A Family Mystery, Solved by a Genome) Lupskis forskning var den første til at vise, hvordan hel-genom-sekventering kan bruges til at identificere den genetiske årsag til et individs sygdom

Forskere bruger også sekventering til at studere og behandle cancer, sammenligne genomerne af en patients sunde væv og tumorvæv for at identificere de genetiske fejl, der gjorde det muligt for kræftcellerne at vokse ude af kontrol. Steven Jones, Janessa Laskin og samarbejdspartnere ved British Columbia Cancer Agency brugte denne tilgang til at hjælpe med at vælge lægemidler til en mand, der lider af et sjældent adenokarcinom. ( Treating Cancer Based on Its Genome ) Elaine Mardis og samarbejdspartnere sammenlignede genomsekvensen i en primær tumor og en metastatisk tumor fra den samme patient for at forsøge at finde mutationer, der gjorde det muligt for celler at bryde fri fra det oprindelige kræftsted og spredes gennem kroppen. (Genetic Clues to Cancer's Spread) Foundation Medicine, en startup baseret i Cambridge, Massachusetts, sigter mod at udnytte disse resultater ved at skabe en screeningstest, der er i stand til at påvise variationer i hundredvis af kræft-forbundne gener. (Opstart for at tilbyde patienter en genetisk profil af deres kræftsygdom)

Hjernekontrol

Optogenetik - brugen af ​​lys til at kontrollere genetisk modificerede neuroner - er hurtigt blevet et af de hotteste områder inden for neurovidenskab. Optogenetisk teknologi er nu i brug i hundredvis af laboratorier over hele kloden, og hjælper videnskabsmænd med at få indsigt i hjernen. Mens hovedparten af ​​forskningen er fokuseret på grundvidenskab, peger en håndfuld projekter offentliggjort i år vejen mod kliniske anvendelser. Forskere ved Weill Cornell Medical College i New York udviklede en mere nøjagtig nethindeprotese til blinde mus, der var blevet gensplejset til at udtrykke et lysfølsomt protein i visse nethindeceller. ( Now I See You ) Genterapi vil måske en dag gøre det samme muligt for mennesker.

Karl Deisseroth og kolleger hos Stanford brugte optogenetisk teknologi til at kontrollere muskelbevægelser hos mus, der er genetisk manipuleret til at udtrykke et lysfølsomt protein i deres perifere nervesystem. En lille implanterbar LED-manchet leverede millisekunders lysimpulser til nerven, hvilket fik dyrenes benmuskler til at trække sig sammen. Forskerne siger, at de lysudløste sammentrækninger efterlignede normal muskelaktivitet tættere end sammentrækninger genereret ved at levere elektriske signaler direkte til nerven. (Genetiske 'Light Switches' kontrollerer muskelbevægelsen) Resultaterne kan hjælpe med udviklingen af ​​nervestimulatorenheder, der vil hjælpe folk, der er lammet af rygmarvsskader eller sygdom.

For at bruge optogenetik i den menneskelige hjerne skal forskerne finde ud af, hvordan man leverer lys dybt i hjernen. Medtronic, en af ​​verdens største producenter af medicinsk udstyr, arbejder på netop dette. Virksomheden fremstiller i øjeblikket elektriske deep-brain stimulatorer, som er godkendt til behandling af Parkinsons og andre neurologiske lidelser. En lignende enhed, der leverer lys i stedet for elektricitet, kan hjælpe med at forbedre designet af dybe hjernestimulatorer og kan i sidste ende blive en terapi i sig selv. (Et hjerneimplantat, der bruger lys)

Ed Boyden, en af ​​skaberne af optogenetik, blev omtalt i oktoberudgaven af Teknologigennemgang ( Brain Control ) og skriver i en gæstespalte på nettet mere om, hvordan videnskaben co-opterer naturens geniale løsninger. (Definition af en algoritme til at opfinde fra naturen)

Syntetisk biologi

Endelig skabte Craig Venter og kolleger på Venter Instituttet liv. ( Synthetic Genome Reboots Cell , Making a Genome Quickly from Scratch ) Som kulminationen på et 15-årigt projekt skabte forskere et syntetisk genom og brugte det derefter til at genstarte en mikrobiel celle.

Bruger en metode udviklet i 2008 , syntetiserede forskerne, ledet af genomik-pioneren Craig Venter, genomet fra en lillebitte bakterie kaldet Mycoplasma mycoides , indeholdende lidt over en million DNA-basepar. Derefter transplanterede de det syntetiske genom til en beslægtet bakterie, Mycoplasma capricolum , i en proces, de tidligere havde perfektioneret ved hjælp af ikke-syntetiske kromosomer.

Når først modtagercellerne inkorporerede det syntetiske genom, begyndte de straks at udføre instruktionerne kodet i genomet. Cellerne fremstilles kun M. mycoides proteiner, og inden for få runder af selvreplikation var alle spor af modtagerarten væk.

Venter og hans kolleger arbejder nu med Novartis og National Institutes of Health for at tilpasse teknologien til hurtigt at skabe vacciner mod nye stammer af influenzavirus.

skjule