Glavna otkrića o unutrašnjem radu sposobnosti krhke zvezde da reverzibilno kontroliše savitljivost svojih tkiva pomoći će istraživačima da reše zagonetku promenljivog kolagenog tkiva (MCT) i potencijalno inspirišu nove „pametne“ biomaterijale za primenu u ljudskom zdravlju.
Rad režiraju Denis Jacob Machado—docent za bioinformatiku na Univerzitetu Severne Karoline u Charlotte Centru za računarsku inteligenciju za predviđanje rizika po zdravlje i životnu sredinu (CIPHER)—i Vladimir Mašanov, naučni radnik na Institutu za regenerativnu medicinu Vake Forest.
U „Otkrivanje pretpostavljenih modulatora promenljivog kolagenog tkiva u krhkoj zvezdi Ophiomastik vendtii: RNA-Sek analiza“, objavljenoj nedavno u BMC Genomics, istraživači opisuju korišćenje napredne transmisione elektronske mikroskopije (TEM), sekvenciranja RNK i drugih bioinformatičkih metoda za identifikaciju 16 potencijalnih gena MCT modulatora. Ovo istraživanje nudi napredak ka razumevanju preciznog načina na koji bodljikaši brzo i drastično transformišu svoje kolageno tkivo. Prvi autor rada, Reihaneh Nouri, je dr. student na Odseku za bioinformatiku i genomiku UNC Charlotte.
„Otkrivamo precizne instrukcije koje DNK šalje ćeliji – šta govori, kada to govori i u kojim količinama. Zamislite DNK kao kapetana broda, koji izdaje komande za nesmetanu navigaciju i rad. RNK je posada, marljivo prima ta naređenja i izvršava ih kako bi se osiguralo da je misija broda ispunjena šta posada radi i uči iz svog napornog rada“, objasnio je Džejkob Mačado.
Ovo napredno istraživanje za preciziranje relevantnih molekularnih procesa u bodljikožu bi na kraju moglo otvoriti nova vrata za regenerativne terapije kod ljudi.
Bodljikaši, poput krhkih zvezda (rođaka morskih zvezda i peščanih dolara) i morskih krastavaca, poseduju izuzetne sposobnosti da prilagode svoja telesna tkiva kao odgovor na stresore i uslove koji se brzo menjaju, uključujući odvajanje značajnih delova svog tela da bi izbegli grabež ili druge opasne situacije . Neke vrste krhkih zvezda su posebno pogodne da obezbede istraživačima održiv test slučaj za izolovanje gena MCT modulatora, koji su specifične molekularne instrukcije koje određuju pojavne modifikacije tkiva.
Nova otkrića imaju za cilj da oblikuju budući razvoj pametnih i dinamičnih biomaterijala zasnovanih na kolagenu za lečenje zdravstvenih stanja ljudi, kao što je pomoć u bržem zarastanju rana ili obezbeđivanje alternativnih materijala za regeneraciju tkiva koji ne izazivaju imunološko odbacivanje.
Jacob Machado i njegove kolege u UNC Charlotte već imaju privremeni patent koji čeka na gradivne blokove onoga što bi se smatralo revolucionarnim biomaterijalom zasnovanim na kolagenu, koji će razviti industrija. Ipak, predstoji nekoliko ključnih faza istraživanja.
„Počinje tako što se usuđujete da pogledate nešto potpuno novo, a da ne znate da li će to uspeti ili ne“, rekao je Džejkob Mačado.
Objavljeno istraživanje ispituje jasnu genomsku vezu između krhkih zvezdanih jukstaligamentalnih ćelija (JLC) i reverzibilne kolagene modulacije, identifikujući 16 različitih gena koji predstavljaju veliki – i uzbudljiv – „znak pitanja“, rekao je Jacob Machado.
U predstojećem istraživanju – koristeći tehnike kao što su hibridizacija in situ (ISH) i interferencija RNK (RNAi) da bi se „ulovili“ ovi geni – Jacob Machado je rekao da tim može da proučava „šta se dešava sa bodljokožacima kada se neki od tih gena isključe.“
Ovaj proces genomske detekcije i eliminacije će omogućiti timu da utvrdi da li su navodni MCT geni „uključeni u specifične funkcionalnosti u promenljivim kolagenim tkivima“, kaže Jacob Machado, koji očekuje da će sledeća faza istraživanja biti završena tokom sledeće godine i pola.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Dosadašnje istraživanje, kaže Jacob Machado, spaja multidisciplinarnu ekspertizu sa kreativnošću i naprednom bioinformatikom. Džejkob Mačado pripisuje zasluge za rad stručnjaka koji su blisko upoznati sa bioinformatikom i biologijom bodljokožaca, sarađujući sa „ekstremno sposobnim“ timom koji upravlja tranzicionim elektronskim mikroskopima — formirajući maštovit timski pristup „eksperimentalnom dizajnu“ za analizu RNK.
Predvođen Džejkobom Mačadom i Mašanovim, istraživački tim sa Odeljenja za bioinformatiku i genomiku UNC Šarlot uključuje Nurija, Ejpril Haris, Garija Njua, Vilijama Tejlora (student i osoblje), Danijela Dženisa i Roberta V. Rida (fakultet).
Dok je modulacija kolagenog tkiva bodljokožaca poznata i naučnicima, i prosečnim ribarima i gladnim ribama, istraživanje tima postavlja nauku na ubrzani put ka razumevanju regeneracije ćelijskog tkiva.
U BMC Genomics, istraživači pišu da je „studija prvi pokušaj otkrivanja novih gena specifičnih za MCT bodljikaša koristeći najsavremenije sekvenciranje, diferencijalnu ekspresiju gena i pristupe beleškama“.
Za razliku od ljudi ili miševa, krhke zvezde predstavljaju jedinstvene prepreke za istraživanje jer se smatraju „nemodelnim organizmima“, prema Džejkobu Mačadu, što znači da su mnogo manje proučavane od miševa ili ljudi i da nemaju iste protokole. Ipak, anatomija krhke zvezde pružila je timu kreativne uglove za tačke poređenja da bi se uspostavili kontrolni regioni tkiva u odnosu na one sa očekivanim regenerativnim svojstvima u jukstaligamentalnim ćelijama.
Ovi JLC su bili od vitalnog značaja za istragu tima. U radu, istraživački tim objašnjava rad na „kvantifikovanju ekspresije gena u oblasti unutrašnjeg jezgra kraka (obogaćenoj JLC-ovima) krhke zvezde Ophiomastik vendtii u poređenju sa celim krakom (koji sadrži bazalni nivo (tj., ni obogaćen ni osiromašen) JLC) i stomak (koji je lišen JLC-a).“ Ovaj poseban pristup omogućio je timu sredstvo da izoluje skalu odnosa između JLC-a i regenerativne proizvodnje MCT-a unutar regiona većeg intenziteta, kao što je unutrašnja ruka u odnosu na celu ruku.
Pošto genomici krhke zvezde nedostaje isti dostupni opseg eksperimentalnih protokola kao kod miševa i drugih vrsta, istraživački tim je ocrtao značajne puteve za buduća istraživanja koristeći ISH i RNAi za identifikaciju i nuliranje gena koji kontrolišu MCT. Jacob Machado se nada da će ovo genetsko ciljanje biti katalizator za prototip koji će pokretati buduće transformativne ljudske biomedicinske aplikacije.
Jedan od puteva koji najviše obećava je razvoj onoga što Jacob Machado opisuje kao „pametni dinamički novi biomaterijal“, zasnovan na kolagenskoj matrici koja je na čekanju za patent, razvijena iz interakcije JLC i MCT funkcionalnosti.
Jacob Machado zamišlja ovaj materijal kao „kolagensku matricu koja može da promeni svoju savitljivost da postane mekana ili kruta koliko želimo“. Korisnost ovog biomaterijala u medicinskom polju mogla bi da bude bezgranična, jer bi mogao da posluži kao osnova za hirurški lepak za brzo reagovanje za vojno osoblje ili da funkcioniše kao „želatinozni origami“ — da upotrebimo frazu Džejkoba Mačada — umesto tradicionalnih stentova i sličnih. mere za rešavanje blokada.
„Potvrđivanje uloge identifikovanih gena kandidata u kontroli MCT zatezne čvrstoće otvoriće širok spektar novih mogućnosti i za fundamentalnu biologiju i za biomedicinu“, napisao je istraživački tim u radu.
Buduće studije, kaže tim, dodatno će osvetliti „evoluciju i molekularne mehanizme MCT bodljokožaca“. Ovo dublje razumevanje moglo bi da bude katalizator za buduća otkrića u istraživanju informišući „dizajn novih biomaterijala zasnovanih na kolagenu sa dinamičkim, podesivim mehaničkim svojstvima za inženjerstvo tkiva i regenerativnu medicinu“.
