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근육에 주입한 줄기세포가 왜 근육세포가 되는가?

근육에 주입한 줄기세포가 왜 근육세포가 되는가?



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사이언스 데일리(Science Daily)에 게재된 이 기사에서 연구자들은 근이영양증이 있는 쥐에 기형종 유래 줄기세포를 주입했고, 줄기세포는 손실된 근육의 80%를 재생했습니다. 그러나 다른 유형의 세포가 아니라 근육 세포가 되는 메커니즘은 무엇입니까?

나는 일종의 세포 신호 전달이 근육 세포로의 이러한 유도된 분화에 책임이 있다고 가정해야 합니다. 그래서 그것은 무엇입니까? 재생산 가능한가요 시험관 내?


논문 자체를 보면 그들이 줄기 세포가 근육 형성(근육 특이적) 특성을 갖도록 준비했음을 알 수 있습니다. 그들은 먼저 면역 결핍 쥐의 조사된(근육 줄기 세포를 죽인) 근육에 줄기 세포를 주입했습니다. 이것은 종양 성장을 초래했습니다(기형종 - 다양한 종류의 조직이 자발적으로 형성되는 줄기 세포 유래 종양. 근육 환경에서 성장하면 근육 조직 형성 가능성이 높아집니다.). 근육 특이적 마커를 발현하는 종양 세포를 다른 조직에서 분리하여 손상된 근육의 재생에 사용하였다.

기형종에서 그들은 위성 세포(근육 줄기 세포)에서 발현되는 마커인 α7-인테그린과 혈관 세포 부착 분자-1(VCAM-1)을 발현하는 세포를 확인했습니다. 이러한 인자는 조혈 및 내피 표지를 나타내지 않는 분획의 약 10%에서 발현되었습니다(즉, 다른 조직도 많이 형성되었음을 의미합니다). 그들은 또한 근성 전구 세포의 분화에 중요한 근육 특이적 전사 인자인 Pax3 및 Pax7의 발현을 보였다. 따라서 이러한 세포는 재생을 위해 이식되기 전에 이미 근육 특이적 세포였습니다.

연구원들은 실제로 시험관 내 그리고 생체 내 차별화 실험. 을위한 시험관 내 분화를 위해 그들은 근육 마커를 발현하는 세포를 myogenic 배지에 적용했습니다. 이것은 근육 환경을 모방하고 세포 분화 신호를 가능하게 합니다. 다음은 이 작업을 수행할 수 있는 예제 프로토콜입니다. 그런 다음 그들은 근육 줄기 세포를 근육에 이식했고 그들은 또한 분화에 성공했습니다. 생체 내 그리고 손상된 근육을 재생합니다.

만능줄기세포에서 근육세포로의 분화 전 과정이 가능 시험관 내, 하지만 까다로운 것 같습니다(1,2). 전사 인자의 중간 인자 또는 유전적 활성화는 분화 캐스케이드의 다른 단계를 활성화할 수 있습니다.


‘줄기세포’ 주사: 관절 통증 완화를 위한 새로운 옵션?

만성 관절 통증으로 고통 받고 있습니까? 그렇다면 "줄기 세포" 주사에 대해 들어본 적이 있을 것이며 이러한 주사가 귀하에게 적합한지 의사에게 물어보고 싶을 것입니다. 손상된 무릎을 수리하거나 관절염 어깨를 치료하는 외과적 경로를 피하고 싶다면 새로운 세포 기반 주사를 사용할 수 있게 되었으며 필요한 경감을 줄 수 있습니다. 그러나 이것은 역동적인 분야이며 여러 질문에 대한 답변이 남아 있습니다.

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줄기세포란?

줄기 세포는 증식 및 자가 재생 능력이 있는 특수한 유형의 세포입니다. 그들은 또한 잠재적으로 신체의 모든 조직을 형성하는 특수 세포 유형으로 복제할 가능성이 있습니다. 즉, 연골 세포, 근육 세포 또는 신경 세포가 될 수 있다고 정형외과 의사인 Anthony Miniaci 박사는 말합니다.

"그들은 서로 다른 조직을 분화하고 형성하는 엄청난 능력을 가지고 있기 때문에 연골 재생, 신경 세포 재생 및 손상된 조직 치유의 이면에 있는 생각입니다."라고 그는 말합니다.

Miniaci 박사는 골수나 지방을 포함하여 신체에서 발견되는 성체 줄기 세포의 여러 출처가 있지만 기증자로부터 줄기 세포를 받을 수도 있다고 말합니다.

"그러나 ‘줄기 세포’"이라는 용어는 정형 외과에서 종종 광범위하고 부적절하게 남용되어 특성이 명확하지 않고 최소한으로 조작된 세포를 사용한 모든 종류의 치료, 심지어 줄기 ​​세포를 전혀 포함하지 않는 치료법을 포함합니다” 정형외과 의사가 설명합니다. Nicolas Piuzzi, MD.

세포 기반 치료의 작동 원리

치료팀은 골수나 지방에서 세포를 채취하거나 기증자 세포를 사용합니다. 나중에 치료 팀이 관절, 인대 또는 힘줄에 세포를 정확하게 주입합니다.

이론적으로, 세포는 전달될 때 염증을 조정하고/하거나 스스로 분열 및 복제하고 주입된 위치에 따라 다른 유형의 세포로 발달합니다.

그러나 연골이 심하게 소실되었거나 연골이 전혀 없는 환자의 경우 세포 기반 주사가 새로운 관절을 생성할 가능성은 낮다고 Miniaci 박사는 말합니다.

"연골의 심각한 손실은 일반적으로 뼈 침식이나 뼈 변형으로 이어지므로 세포 기반 주사는 이러한 변화를 되돌리는 측면에서 작동하지 않을 가능성이 매우 높습니다."라고 그는 말합니다.

그러나 통증과 부기의 증상을 개선할 수 있습니다.

다른 사람의 관절 통증을 조기에 치료할 수 있을수록 이것이 효과가 있을 가능성이 높아져 환자의 통증을 줄이고 염증을 줄이며 기능을 개선할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.

위험

현재까지 정형외과에서 세포 기반 요법과 관련하여 보고된 주요 부작용은 없었습니다.

세포 기반 주사의 주요 위험은 아마도 세포를 수확하는 것입니다. 예를 들어, 골수에서 세포를 채취할 때 치료팀은 골반에 바늘을 삽입하여 일부 골수 세포와 혈액을 제거합니다.

"그러나 정형외과에서 골수 흡인 중이나 후에 합병증이 발생할 위험은 미미합니다."라고 Piuzzi 박사는 말합니다.

"지방에서 세포를 채취하는 경우 피부 아래에서 일부를 제거할 수 있습니다.” Miniaci 박사는 말합니다. 참고로 환자의 몸에 절개를 하거나 날카로운 기구를 삽입할 때마다 감염 등의 문제가 생길 수 있다”고 말했다.

치료는 초기 단계

관절 통증을 치료하기 위해 세포 기반 주사를 사용하는 것은 많은 가능성을 가지고 있지만 Drs. Miniaci와 Piuzzi는 이 치료 옵션이 여전히 매우 새롭다고 경고합니다. 연구원은 그 안전성을 연구하고 효과가 있는지 여부를 결정해야 합니다.

Miniaci 박사는 "세포 기반 주사가 실제로 관절을 복구한다는 증거가 없습니다.

연골이나 뼈가 손상되면 줄기세포가 분화하여 뼈와 연골, 기타 조직을 생성할 수 있다고 설명합니다. 따라서 이론적으로 근육, 힘줄, 뼈 또는 연골 내의 손상된 조직을 치료할 수 있습니다.

"그것은 이론이지만 이러한 유형의 치료와 연구는 초기 단계에 불과합니다."라고 그는 말합니다.

그는 "우리는 무엇이 효과적인지, 무엇이 효과적이지 않은지, 얼마나 많은 세포가 필요한지, 얼마나 많은 실제 주사가 필요한지, 얼마나 자주 주사하는지 알지 못합니다."라고 말합니다. “아직 잘 작동하는지 여부는 아무도 모릅니다. 그러나 우리는 결국 그렇게 할 것입니다.”

일화적으로, Miniaci 박사는 일부 환자가 세포 기반 주사로 증상을 개선할 수 있음을 발견했습니다. 그러나 그는 관절이 다시 자라거나 재생되고 있다는 증거를 아직 보지 못했습니다.

“많은 사람들이 관절염을 가지고 와서 무릎 관절의 새로운 버전을 가지고 떠날 것이라고 생각합니다. 그런 일은 일어나지 않습니다.” 그는 말합니다.

발생하는 것은 관절의 환경을 조금 더 건강하게 만드는 생물학적 반응으로 인해 염증이 줄어들고 결과적으로 통증이 줄어듭니다.”

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근이영양증: 줄기세포가 어떻게 도움이 될까요?

근이영양증은 다양한 형태의 근육 소모성 질환입니다. 전 세계적으로 남아 3,500명 중 약 1명이 가장 흔한 형태의 질병인 뒤센 근이영양증을 가지고 태어납니다. 줄기 세포 연구는 어떻게 새로운 치료법으로 이어질 수 있습니까?

우리는 무엇을 알고 있습니까? ▼

근이영양증은 심장과 골격근의 쇠약과 점진적인 쇠퇴를 유발하는 유전 질환군입니다.

뒤셴 근이영양증(DMD) 환자는 근육이 쉽게 손상되는 디스트로핀이라는 단백질이 부족합니다. 근육 손상은 근육 조직에 추가 손상을 일으키는 염증을 유발할 수 있습니다.

일반적으로 '위성 세포'라고 불리는 근육 줄기 세포는 손상된 근육 섬유를 복구하는 근아세포를 만듭니다. 그러나 DMD 환자의 위성 세포는 충분한 근아세포를 만들기 위해 고군분투하고 빠르게 고갈됩니다.

연구자들은 무엇을 조사하고 있습니까? ▼

연구원들은 항염증 치료와 같은 근육 손상을 줄이는 데 도움이 되는 치료법뿐만 아니라 위성 세포와 근육 손상의 원인에 대해 많은 세부 사항을 조사하고 있습니다.

연구에서는 디스트로핀 생성 세포를 환자에게 이식하여 근육 기능을 보존하고 가능한 회복하는 방법을 조사하고 있습니다. 이 세포는 건강한 기증자 세포일 수도 있고 유전적으로 변형된 환자 자신의 세포일 수도 있습니다.

유도 만능 줄기 세포(iPSC)는 건강한 디스트로핀 유전자를 가진 많은 수의 세포를 만들기 위한 옵션으로 연구되고 있습니다.

도전 과제는 무엇입니까? ▼

기증자 세포 이식을 사용한 치료의 주요 과제 중 하나는 환자의 면역 체계에 의한 이식 거부 가능성입니다. 자신의 세포(유전자 변형 세포 또는 iPSC)로 환자를 치료하면 이식 거부를 크게 극복할 수 있지만 다른 위험이 있습니다.

또 다른 주요 과제는 생착입니다. 환자의 대부분의 근육이 약해져 치료가 필요합니다. 전신의 근육에 세포를 고르게 분포시키는 것은 세포치료제 치료에 있어 큰 도전입니다. 현재 세포 요법은 또한 건강한(또는 유전적으로 교정된) 세포와 상주하는 질병 세포 간의 비율이 불가피하게 낮기 때문에 비교적 낮은 성공률을 보입니다.

근이영양증은 골격근과 종종 심장 근육에도 영향을 미치는 유전 질환 그룹입니다. 증상은 근육 약화와 진행성 근육 소모를 포함합니다. Duchenne 근이영양증(DMD)은 가장 흔하고 매우 심각한 형태의 질병입니다. 이것은 디스트로핀이라는 단백질의 생산을 방해하는 유전적 결함으로 인해 발생합니다. 디스트로핀이 없으면 근육이 약해지고 쉽게 손상됩니다. 시간이 지남에 따라 신체가 복구할 수 없는 손상이 너무 많이 쌓이고 근육이 소모되어 환자에게 점진적인 장애가 발생합니다.

근육의 대부분은 근육 섬유 다발로 형성되며, 긴 세포에는 많은 핵이 포함되어 있지만 근육에는 줄기 세포를 비롯한 많은 다른 유형의 세포도 포함되어 있습니다. 줄기 세포는 신체에 내장된 복구 시스템의 일부입니다. 그들은 전구 세포를 생성할 수 있고 또한 자신을 복제할 수 있습니다. 골격근에는 위성 세포라고 하는 일종의 줄기 세포가 있습니다. 근육 섬유가 손상되면 위성 세포에 화학 신호를 보내 새로운 근육 섬유를 형성하거나 기존 섬유와 융합하여 손상을 복구하도록 지시합니다. 동시에 일부 위성 세포는 미래에 근육 섬유를 계속 수리하고 교체할 수 있는 충분한 줄기 세포를 확보하기 위해 스스로를 복제합니다.

과학자들은 DMD에서 근육이 지속적으로 손상되기 때문에 위성 세포에 가해지는 복구 부담이 너무 커서 지쳐서 스스로 복제하는 능력을 상실한다고 믿습니다. 위성 세포는 근육 복구에 필수적이므로 이 세포의 수가 감소할수록 근육은 점점 더 스스로 복구할 수 없게 됩니다. 대신 손상된 근육 섬유는 지방 세포와 흉터 조직으로 대체되어 더 이상 효과적으로 작동하지 않을 때까지 근육을 약화시킵니다.

현재 DMD에 대한 확실한 치료법은 없습니다. 치료는 환자의 근육을 강화하고 질병의 일부 증상을 줄이는 것을 목표로 합니다. 스테로이드는 근육 소모를 늦추기 위해 일상적으로 사용되지만 골다공증, 고혈압 및 성장 지연으로 이어지는 뼈의 약화를 포함하여 많은 부작용이 있습니다. 물리치료는 근력과 유연성을 유지하는 데 부분적으로 도움이 될 수 있습니다. 연구원들은 미래에 근육 기능을 회복하거나 최소한 보존하기 위해 디스트로핀 생성 세포를 이식하는 것을 포함하여 다양한 전략을 사용하여 손상된 근육 섬유를 복구하거나 교체할 수 있기를 바라고 있습니다.

과학자들은 근이영양증 치료제를 개발하기 위해 다양한 방식으로 사용될 수 있다고 생각하는 다양한 유형의 줄기 세포가 있습니다. 현재 조사 중인 주요 줄기 세포 기반 접근 방식은 다음과 같습니다.

  1. 건강한 근섬유 생산: 과학자들은 DMD를 유발하는 유전적 결함이 없는 줄기세포가 환자의 근육에 전달될 수 있다면 환자의 손상된 근육을 대체할 작동하는 근육 섬유를 생성할 수 있기를 희망합니다.
  2. 염증 감소: 근이영양증에서 손상된 근육은 매우 염증을 일으키게 됩니다. 이 염증은 근육 퇴행을 가속화합니다. 과학자들은 특정 유형의 줄기 세포가 염증을 감소시키는 화학 물질을 방출하여 질병의 진행을 늦출 수 있다고 믿습니다.

줄기세포 외에도 손상된 유전자를 복구하기 위한 유전자 요법이나 저분자 약물과 같은 다른 치료 전략이 환자와 전임상 모델에서 테스트되고 있습니다. 미래의 치료법은 이러한 접근 방식 중 하나 이상을 조합하여 사용할 가능성이 높습니다. 과학자들은 또한 근이영양증에서 무엇이 잘못되고 어떻게 문제를 해결할 수 있는지 더 자세히 이해하기 위해 건강한 근육의 유지 및 복구에서 줄기 세포의 역할을 연구하고 있습니다.

현재 많은 연구는 DMD 환자의 근육에서 누락된 단백질 디스트로핀의 생산을 회복하는 방법을 개발하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

근모세포
근아세포는 출생 후 위성 세포에서 형성된 세포 유형입니다. 근모세포는 서로 융합하여 근섬유를 형성합니다. DMD로 인한 것과 유사한 근육 손상이 있는 쥐의 근육에 주사했을 때 건강한 기증 쥐의 근모세포는 병든 근육 섬유와 융합하여 디스트로핀 생산을 부분적으로 회복합니다. 그러나 임상 시험에 따르면 근모세포 이식은 인간의 매우 큰 근육을 치료하는 데 효과적이지 않습니다. 이식된 근모세포 중 소수만이 영양실조 근육에 주입되었을 때 생존하며, 기증자에게서 유래한 경우 신체의 면역 및 염증 세포의 공격을 받아 거부 반응을 일으킵니다.

또한 실제적인 문제도 있습니다. 비록 근모세포가 신체의 작고 특정한 근육 부위에만 영향을 미치는 근이영양증 유형에 대한 치료의 일부로 결국 유용할 수 있지만(최근 안구-인두 근이영양증, OPMD에 대해 밝혀진 바와 같이), DMD는 신체 근육의 대부분. 이것은 세포가 주사 부위에서 멀어지지 않기 때문에 근육 주사로 치료하기가 매우 어렵기 때문에 수천 번의 주사가 필요할 것입니다. 이식에 필요한 많은 수의 세포를 얻은 다음 이 세포를 신체의 모든 근육에 전달하는 것은 매우 어려울 것입니다. 또는 모든 근육을 치료하기 위해 세포를 혈류로 주입하여 몸 전체를 운반해야 합니다. 근모세포는 혈관벽을 통과할 수 없고 혈액에서 주변 근육으로 이동할 수 없기 때문에 이러한 방식으로 전달할 수 없습니다.

중혈관모세포
Mesoangioblasts(MABs)는 일종의 '전구' 세포입니다. MAB는 혈관벽에서 발견됩니다. 연구자들은 건강한 중혈관모세포가 근이영양증이 있는 개와 생쥐 모두에서 디스트로핀을 생성하는 근육 섬유를 형성할 수 있음을 보여주었습니다. 새로운 섬유의 형성이 근육 소모를 역전시키는 정도는 동물마다 다양했습니다. 중요한 것은 MAB가 혈관벽을 가로질러 동맥 혈류에 주입하여 신체의 모든 근육에 전달할 수 있다는 것입니다.

현재 이탈리아에서 5명의 환자를 대상으로 초기 1/2상 임상 시험이 완료되었습니다. 이 시험은 건강한 기증자의 MAB가 면역 억제 체제 하에서 DMD를 가진 어린이를 위한 치료제로 사용하기에 안전하지만 최소한의 효율성을 가지고 있음을 보여주었습니다(이는 시험에 참여한 환자의 상태의 진행 단계와 부분적으로 관련이 있었습니다. ). 연구원들은 이제 정상적인 디스트로핀을 생산하기 위해 실험실에서 유전자 교정을 한 후 환자 자신의 세포를 사용하는 이식 절차를 최적화하고 있습니다. 결과는 몇 년 동안 사용할 수 없습니다. 앞으로 더 어린 환자들은 (이제는 시술의 안전성이 확립된) 치료를 받아 질병의 진행으로 아직 남아있는 근육세포가 소진되지 않도록 할 것입니다.

유도만능줄기세포(iPS cell)
iPS 세포는 실험실에서 신체의 거의 모든 세포로 만들 수 있으며 만능입니다. 즉, 이는 신체의 모든 세포를 만들 수 있음을 의미합니다. 최근 연구자들은 원래 환자의 피부 세포에서 자란 iPS 세포를 건강한 MAB처럼 행동하는 세포로 바꾸는 방법을 발견했습니다. 이 MAB 유사 세포를 근이영양증이 있는 쥐에게 주사했을 때 쥐는 근력을 얻었고 더 오래 운동할 수 있었고 정상적인 근육 단백질을 생산했습니다. 이것은 매우 초기 연구였으며 이러한 유형의 치료가 인간에게 안전하고 효과적인지 여부를 확인하기 위해서는 여전히 많은 연구가 필요합니다. 그러나 이 연구는 iPS 세포에서 성장한 MAB 유사 세포가 다양한 유형의 근이영양증을 치료하는 방법으로 유망할 수 있음을 시사합니다. iPS 세포는 무한정 복제할 수 있기 때문에 환자 자신의 피부 세포에서 MAB 유사 세포를 무제한으로 증식시켜 혈류로 전달할 수 있습니다. 이 세포는 실험실에서 더 쉽게 성장할 수 있으며 기증자 세포보다 환자의 면역 체계에서 거부될 가능성이 낮습니다.

근이영양증에 대한 세포 요법의 가능한 경로: Mesoangioblast (MAB) 유사 세포는 iPS 세포에서 만들 수 있습니다. 최근 연구에서 MAB 유사 세포를 마우스에 이식했는데 일부 긍정적인 결과가 나타났습니다. 이 전략이 환자를 위한 치료로 이어질 수 있는지 알아보려면 더 많은 연구가 필요합니다.

근이영양증에서는 손상된 근육 세포와 면역계 세포가 모두 염증성 화학물질을 생성합니다. 이러한 화학 물질은 근육 세포를 죽이고 근육 환경을 적대적으로 만들어 새로운 근육 세포가 성장하고 생존할 수 없도록 합니다. 과학자들은 근육 염증을 줄임으로써 환자의 근육 소모를 늦출 수 있다고 생각합니다. 이를 달성하기 위해 현재 스테로이드가 사용되지만 연구자들은 대체 솔루션을 찾고 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

약물 치료
연구자들은 근이영양증을 치료하기 위해 대체 항염증제 또는 근육 성장 촉진 약물을 조사하고 있습니다. 현재 많은 수의 분자로 많은 임상 시험이 진행되고 있지만 현재로서는 결정적인 결과를 얻을 수 없습니다. 유전자 결함을 복구하는 PTC124와 같은 일부 새로운 분자는 유럽에서 시장 승인을 받았지만 결과는 결정적이지 않았습니다. 유사한 상황이 세포 기계가 디스트로핀 합성을 방지하는 돌연변이를 건너뛰게 하는 소분자(올리고뉴클레오티드)에 적용됩니다(엑손 건너뛰기).

현재 근이영양증에 대한 줄기세포 기반 치료법은 없습니다. 연구는 잠재적으로 효과적인 미래 치료법에 대한 몇 가지 흥미로운 방법을 제공했습니다. 이러한 치료법이 인간에게 안전하고 효과적인지 여부를 결정하기 위해서는 여전히 많은 연구가 필요합니다. 과학자들이 여전히 해결해야 하는 주요 과제는 다음과 같습니다.


줄기 세포: 정의, 특성 및 인식

성체줄기세포는 자기재생과 다계통 분화의 두 가지 주요 기능으로 정의됩니다. 줄기세포는 기능적으로 조직과 기관의 발달과 재생을 담당합니다. 생화학적 및 생체역학적 발달 신호는 초기 발달에서 줄기 세포의 증식 작용을 촉발합니다. 그러나 우리가 성체 줄기 세포를 수확하고 활용하려고 할 때 원하는 경로를 따라가기 위해 세포가 필요로 하는 특정 신호를 이해하는 것이 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 이 시점에서 우리는 그들의 행동에 대한 더 설명적인 이해로 제한됩니다.

다중 계통 분화의 계층 구조는 전능성, 다능성, 다능성, 전구 세포 및 전구 세포라는 용어로 이어집니다. 발달의 초기 단계에서 전능성 접합체와 초기 배반포 세포는 완전히 분화된 성체 유기체를 생성합니다. 개발로 몇 가지 부서만 있으면 전능성이 상실됩니다. 이 단계에서 만능 세포가 존재하며 세 배엽 모두의 세포를 생성하지만 더 이상 전체 유기체를 생성할 수는 없습니다. 생식층 특이적 다능성 세포는 발달 후반에 나타나며 환경 신호에 대한 응답으로 다시 채우고 재생하기 위해 성체 조직에 존재합니다. 장기 특이적 전구 세포와 전구 세포는 성숙하고 조직 특이적이며 분화된 세포를 생성합니다.1

줄기 세포의 고전적 정의 내에서 두 번째 정의 특성은 자가 재생 능력입니다. 줄기 세포 기능이 필수적인 조직에서 항상성은 조직 손실(손상 또는 세포 사멸로 인한)과 재증식 기관 특이적 세포의 균형을 유지하는 동시에 미래의 재순환 과정을 겪을 수 있는 조직의 능력을 보존함으로써 유지됩니다. 인구. 이와 관련하여 비대칭적인 세포분열이 일어나서 줄기세포가 분화를 목적으로 하는 하나의 세포와 재생된 줄기세포가 생성되는 것으로 생각된다. 대안적인 가능성은 줄기 세포 집단의 개별 세포가 분화 또는 자가 재생에 의해 확률적으로 반응한다는 것입니다. 두 메커니즘 중 하나를 사용하여 줄기 세포 또는 예비 개체군이 유지됩니다.

줄기 세포는 또한 초기 발달의 줄기 세포의 특징은 아니지만 종종 정지된 행동으로 인식됩니다. 일반적으로 성인의 줄기 세포는 부상이나 조직 손상으로 활성화될 때까지 정지 상태로 남아 있을 가능성이 가장 높습니다. 실제로, 손상의 정도는 모욕에 대한 반응으로 줄기 세포 활성화 및 참여 수준을 결정할 수 있습니다. 전구체 세포는 항상성을 위해 쉽게 사용할 수 있는 반면, 더 강력한 줄기 세포는 심각한 부상이 발생할 때까지 안전하게 정지 상태로 유지될 수 있습니다.

다양한 조직에서 줄기 세포 집단의 분리 및 식별은 특정 마커, 일반적으로 독점적인 단백질 또는 보다 일반적인 표면 단백질의 특징적인 프로필에 따라 달라집니다. 현재 가장 잘 정의된 줄기세포 집단 중 하나는 마우스 조혈줄기세포로 특징적인 마커 프로파일(Sca-1-양성, c-kit-양성 및 분화된 조혈 계통 마커-음성)로 쉽게 식별할 수 있습니다. .234 현재까지 추정 MDSC에서 일관되게 Sca-1만이 확인되었습니다. 줄기 세포의 수준이 높을수록 장기 특이적 마커가 더 독특할 수 있습니다. 다능성 수준이 증가함에 따라 이러한 기관 특이적 마커가 줄어들 수 있고 다양한 기관의 줄기 세포 사이에 공통 마커 세트가 더 분명해질 수 있습니다.


"젊은" 늙은 쥐 - 노화 방지 치료로 이어질 수 있음

줄기세포 주사는 빠르게 노화되는 생쥐의 수명을 연장시켰습니다.

한 과학자가 처음에 믿을 수 없다는 사실을 발견한 결과에 따르면 노화된 쥐를 다시 "젊게" 만들 수 있습니다.

핵심은 다른 줄기 세포와 마찬가지로 신체의 모든 유형의 세포가 될 수 있는 비특화 세포인 근육 유래 줄기 세포입니다.

연구 공동 저자인 McGowan Institute for Regenerative Medicine의 줄기 세포 전문가인 Johnny Huard는 어린 쥐의 근육 줄기 세포를 주사했을 때 빠르게 노화되는 질환을 가진 나이든 쥐의 수명이 3배 증가했다고 말했습니다. 피츠버그에서.

Huard는 "저는 지난 20년 동안 과학을 해왔습니다. "이야기를 그렇게 놀랍게 만드는 것은 처음에는 결과를 믿지 않았다는 것입니다."라고 그는 말했습니다.

"나는 우리가 동물들을 섞었다고 확신합니다. 아시다시피, 과학자들은 항상 회의적입니다."

"피곤한" 줄기세포 재활성화

연구 쥐는 아이들이 빨리 늙고 젊어 죽는 조로증(progeria)이라는 희귀 인간 증후군과 유사한 상태를 갖도록 유전적으로 조작되었습니다. (인체에 대해 자세히 알아보세요.)

빠르게 노화되는 생쥐는 일반적으로 생후 21일경에 사망하며, 이는 정상적인 생쥐의 2년 수명보다 훨씬 짧습니다.

과학자들이 빠르게 노화되는 쥐의 근육 줄기 세포를 조사했을 때 Huard가 "피곤한" 줄기 세포라고 불렀던 것을 발견했는데, 이것은 빨리 분열하지 않습니다.

그런 다음 팀은 정상적으로 노화된 쥐를 조사하여 줄기 세포가 유사하게 결함이 있음을 발견했습니다.

이러한 결핍 줄기 세포가 노화에 기여하는지 궁금하여 Huard와 동료들은 젊고 건강한 쥐의 줄기 세포를 나이든 동물이 죽기 약 4일 전에 빨리 노화되는 쥐에 주입했습니다.

Huard는 놀랍게도 처리된 쥐의 평균 수명이 71일로 예상보다 50일 더 길었고 80세 인간이 200살을 사는 것과 같다고 말했습니다.

과학자들은 동물이 더 오래 살았을 뿐만 아니라 더 건강해 보였다는 사실을 발견했습니다.

세포를 젊게 만드는 신비한 분비물

Huard는 "과감한" 결과는 반복된 실험을 통해 밝혀졌고 과학자들은 줄기 세포가 정확히 어떻게 마법을 발휘하는지 궁금해하게 되었다고 말했습니다.

이를 알아내기 위해 팀은 빠르게 노화되는 쥐에 주입된 줄기 세포에 세포가 체내로 들어가는 위치를 추적하는 유전자 마커를 "태그"했습니다. 놀랍게도 연구팀은 쥐의 장기에서 소수의 줄기세포만을 발견하여 도입된 세포가 장기 조직을 복구한다는 이론을 무너뜨렸습니다.

과학자들은 줄기 세포가 일종의 신비한 노화 방지 물질을 분비한다는 또 다른 아이디어를 테스트하기 위해 실험실로 돌아갔습니다.

연구팀은 플라스크의 한쪽 면에 노화가 빠른 생쥐의 줄기세포를 놓고 다른 쪽 면에 정상적인 어린 생쥐의 줄기세포를 놓았다. 세포의 접촉을 방지하는 막으로 양면이 분리되었습니다.

며칠 안에 노화된 줄기 세포는 "더 젊게" 작용하기 시작했습니다. 즉, 더 빨리 분열하기 시작했습니다.

Huard는 "우리는 아마도 정상적인 줄기 세포가 노화된 줄기 세포의 결함을 개선하는 것으로 보이는 우리가 알지 못하는 무언가를 분비한다고 결론을 내릴 수 있습니다"라고 말했습니다.

"만약 우리가 그것을 확인할 수 있다면 우리는 사람들에게 중요할 노화 방지 단백질을 발견했습니다"라고 Huard가 말했습니다. 그의 연구는 Nature Communications 저널에 1월 3일 게재되었습니다.

줄기 세포 연구 "흥미롭지만" 예비

그러나 다른 과학자들은 이 발견이 사람들이 노화 과정을 지연시키거나 노화 관련 질병을 치료하는 데 얼마나 빨리 도움이 될 수 있는지에 대해 신중합니다.

클리블랜드 클리닉의 러너 연구소(Lerner Research Institute)의 세포 생물학 조교수인 저스틴 라티아(Justin Lathia)는 "그들은 근육 줄기 세포를 쥐에 넣었을 때 기능이 향상되었음을 보여주는 훌륭한 일을 했습니다."라고 말했습니다.

그러나 사람들이 아는 한, 줄기 세포가 신체에서 정확히 무엇을 하는지, 신비한 줄기 세포 분비가 실제로 무엇인지는 아직 명확하지 않다고 Lathia는 강조했습니다.

클리블랜드 클리닉의 줄기세포 생물학 및 재생의학과장인 제레미 리치(Jeremy Rich)도 이번 연구가 근육 줄기세포에 국한된 것이라고 지적했다. 이는 연구가 서로 매우 다른 모든 줄기 세포 유형을 포함하도록 일반화할 수 없다는 것을 의미합니다.

뉴욕 알버트 아인슈타인 의과대학의 줄기세포 및 노화 전문가인 Paul Frenette는 이 연구가 "흥미롭다"고 말하면서도 "환자에게 주는 메시지 중 하나는 너무 흥분하지 말라"고 말했습니다.

"당신은 이러한 치료법이 입증되지 않았음에도 불구하고 질병을 치료하기 위해 사람들에게 줄기 세포를 주입하고 있는 전 세계, 심지어 뉴욕에서도 이러한 모든 클리닉을 볼 수 있습니다."

"나는 사람들이 더 오래 살기 위해 줄기 세포 주사를 맞기 위해 지금 병원에 달려가야 한다고 생각하지 않습니다."

사람들의 "나이가 잘 드는" 데 도움이 되는 줄기 세포 치료?

실제로 연구 공동 저자인 Huard는 인간의 노화 방지 실험이 시작되기 전에 과학자들이 정상적으로 노화된 쥐를 대상으로 실험을 반복하여 이 쥐가 더 오래 사는지 여부를 보여야 한다고 말했습니다.

그것이 사실로 판명되면 Huard는 사람의 줄기 세포 중 일부를 약 20세에 채취한 다음 약 50~55세에 신체에 다시 주입하는 시나리오를 상상할 수 있습니다.

요실금 및 심장 문제와 같은 상태에 대한 줄기 세포 요법은 이미 존재하므로 "우리는 이 접근법을 임상적으로 적용하는 데 그리 멀지 않다"고 그는 생각합니다.

그러나 Huard는 그러한 치료가 55세의 나이가 갑자기 25세의 모습과 느낌을 되찾는 것을 의미하지는 않을 것이라고 경고했습니다.

"이 연구를 하는 목적은 평생 동안 멋지게 보이고 싶어하는 엄청난 돈을 가진 영화배우가 되는 것이 아닙니다."라고 그는 말했습니다.

"목표는 노화를 늦추면 알츠하이머나 심혈관 문제를 늦출 수 있다는 것입니다."

즉, 그러한 줄기 세포 치료는 사람들이 "잘 늙는" 데 도움이 될 것이라고 그는 말했습니다.


결론

Parabiotic 연구는 외인성 성분을 입증한 반면, 이식 분석은 연령 의존적 근육 줄기 세포 감소를 유발하는 고유 성분을 확인했습니다. 얼핏 보면 인공위성 세포 이식을 기반으로 한 결과가 공생생물의 결과와 상충되는 것처럼 보입니다. 이 검토의 주요 목적은 서로 다른 논문 간의 불일치의 잠재적 원인을 강조하고 이러한 차이점이 근육 줄기 세포 생물학 및 노화에 대한 새로운 측면을 어떻게 가르치는지 논의하는 것이었습니다. 우리는 오래된 위성 세포를 젊어지게 하는 젊은 환경의 능력을 평가하기 위해 선택한 절차가 그 차이를 크게 설명한다고 믿습니다. 우리는 위성 세포의 분리 및 후속 이식이 기능을 중요하게 변경하는 본질적인 변화를 악화시킬 수 있다고 제안합니다. 따라서 줄기세포의 효능은 생착 스트레스를 극복하는 능력에 크게 영향을 받습니다. 이러한 관점에서 오래된 위성 셀은 이러한 스트레스에 덜 저항할 것입니다. 중요하게, 오래된 위성 세포에서 스트레스 경로를 조절하는 전략은 기능적 회춘을 위한 강력한 방법을 구성합니다. 주목할만한 점은, 공생 생물 실험에서 두 동물의 외과적 결합에 의해 유발된 급성 염증과 스트레스가 아직 예측할 수 없는 방식으로 위성 세포 기능에 영향을 미칠 수 있는 전신 교란을 일으킬 수 있다는 점입니다. 또한, 생착 분석을 위한 수용자 마우스의 유전자형 및 연령 선택도 재생 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.

parabiosis와 이식 실험 사이의 명백히 불일치하는 결과에 기여할 수 있는 또 다른 문제는 위성 세포 집단 내의 분자 및 기능적 다양성에 의존합니다. 이식의 맥락에서 노화된 위성 세포의 회춘은 더 적은 스트레스에 저항하는 줄기 세포와 적합자의 작은 하위 집단의 증대된 확장에서 파생될 수 있습니다. 별개의 위성 세포 하위 집합이 수리 및 이식의 맥락에서 우선적으로 동원되는지 또는 내적 및 외적 스트레스 요인에 차등적으로 민감한지 여부는 테스트를 보증합니다. 노화 동안 위성 세포 기능 장애를 유발하는 원인 요소에 대한 더 큰 이해는 조직 회춘을 촉진하고 노인의 삶의 질에 유익한 영향을 미치는 전략으로 이어질 것입니다.


줄기 세포 치료를 고려하십시오.

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파트 III: 줄기 세포 치료를 준비하는 방법

파트 III: 줄기 세포 치료를 준비하는 방법?

줄기 세포 준비와 관련하여 실제로 치료 결과를 극대화하는 데 도움이 될 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다.

However, it’s important to note that proper recovery (discussed in Part IV) is much more important for the final results of your treatment.

Stem cells need a healthy environment to develop and grow.

Nevertheless, here’s what you can do before the procedure to make the whole process smoother and more effective:

To-do #1: Cut Down Calories

Reducing the amount of calories taken—even for a short period of time—has been shown to positively affect the number of stem cells [43] in your body circulation.

The more stem cells you have, naturally, the easier it is to harvest a needed amount of them for the treatment, which will increase your chances of a successful recovery.

Another study has shown that short-term calorie reduction enhances skeletal muscle stem cell function [44] , too. The study also concluded that short-term calorie reduction improves muscle regeneration and “enhances stem cell transplant efficiency.”

In 2014, a group of scientist also found that calorie restriction is strongly linked to slower aging [45] of our stem cells, “prolonging the capacity of stem cells to self-renew, proliferate, differentiate, and replace cells in several adult tissues.”

After all, there’s a reason why low-calorie Japanese communities live the longest, healthiest lives [46] .

To-do #2: Cut Sugar

Related to the previous point, sugar restriction deserves a separate point of its own.

The most important reason why we suggest cutting down on sugar is because there is evidence that high sugar levels may cause several adverse effects [47] on the therapy, which basically means that your procedure will be less effective, or the change will take longer to manifest.

In general, cutting sugar is always a good idea, as it stimulates a more healthy lifestyle, which is the cornerstone of a successful stem cell treatment—both before and after the actual procedure.

To-do #3: Exercise

Exercise is actually both scientifically and practically proven to increase stem cell activity, which is a big advantage going into the therapy.

This 2017 study [48] found that “for skeletal muscle, the effect of physical exercise is becoming more and more clear”, which could be summarized in simple terms as stem cell activation. Which means that stem cells function better and multiply faster, given physical exercise stimulation.

Another 2009 study has shown that strenuous exercise has significantly increased [49] the number of stem cells in circulation.

It has even been shown in professional athletes that intense exercise can help cells migrate [50] better from bone marrow into the circulation, improving their quantity and function.

What is the proper exercise to activate your stem cells?

To put it briefly, it doesn’t matter 뭐라고 요 you do exactly as long as you’re taking your muscles to exhaustion. Whether it’s high repetitions with low weights, or few repetitions with heavy weights, the important thing is to exhaust the muscle. (As long as you’re doing everything with correct form, of course.)

Other (Non) Tips

You’ll find many tips online that may or may not be true. Some of them will be too vague to prove useful, while others will be specific but incorrect.

The three tips we’ve outlined so far—we’ve witnessed their effects ourselves. However, there are very few peer-reviewed pre-procedural protocols that have been properly researched.

So, the next time you come across tips like these, use a healthy dose of skepticism:

  • Go on a high-altitude vacation. We’ve seen this quoted on several occasions on the internet. The argument is that lower oxygen levels improve the function of stem cells. We would advise not to follow this point blindly, because there are other mechanics at play that could “cancel out” the effects of lower oxygen.
  • Stop taking over-the-counter medications. The other thing we see often is a definite list of all the supplements and medications that “all” patients should avoid taking. In reality, each case is different, and which medications and supplements could interact with the treatment depend on a number of factors, including the patient’s age, nature of the injury, type of stem cells used, and a number of other criteria. Always consult with your physician before making a decision to start/stop taking any supplements or medications.

Part IV: How To Maximize Stem Cell Results After the Treatment (Recovery and Guidelines)

Part IV: How To Maximize Stem Cell Results After the Treatment (Recovery and Guidelines)

Stem cells multiply and differentiate within your body naturally.

Therefore, in order to achieve best possible results, we need to create a healthy environment for the stem cells to thrive. We can do that by:

  • Cutting down on harmful habits
  • Exercising regularly and staying active
  • Eating a healthy diet

Here is your approximate activity guideline and recovery timeline for the next few months:

Week 1-2: Light Exercise and Mild Activity

During the first two weeks, moderation is key. You do not want to overload your body as it can cause another injury while your body is experiencing during this vulnerable period of inner transformation.

At this time, the stem cells are just starting to form and differentiate within your body, therefore overstretching and overloading your joints can be dangerous and reverse the effects of the therapy, if not make them outright worse.

Be extremely cautious to put pressure on the joints near the treatment area.

Here are a few important guidelines for weeks 1 and 2:

  • Avoid lifting more than 10 pounds of weight at once
  • Avoid walking up long flights of stairs
  • Avoid intense stretching
  • Avoid intense cardio exercise and active sports

하지만, it is absolutely crucial that you do not start off your recovery in a fully sedentary manner. Your body needs the oxygen and active stimulation to continue to grow and develop the stem cells.

Even though you might feel some mild pain and discomfort in the treatment area, do not give in to the natural instinct of laying in your bed for two weeks.

Staying active is extremely important during the recovery phase to achieve optimal results. 사실로, prolonged inactivity after your stem cell treatment can dramatically reduce results.

Recommended exercises during this period:

  • Light yoga, stretching, pilates
  • Lifting weights (20-30% of your normal weight load)
  • No running or outdoor sports

Week 3-6: Walking, Swimming, Light Lifting, but No Running

Weeks 3 and 4 are typically when patients stop feeling any pain after the procedure.

For that reason, it is also the period when most patients injure themselves by overstretching or putting too much pressure on the musculoskeletal systems.

During this period, everything applies that was said about weeks 1 and 2, except:

  • You can now increase your stretch intensity 조금
  • Weight lifting can now be safe up to 50% of your normal weight load
  • Active walking 그리고 수영 can now be resumed
  • Running is still strongly not recommended

Week 7-8: Slowly Progressing Back to Normal Exercise

“Active but cautious” is still the name of the game during weeks 7-8.

However, as your body continues to get stronger, you can slowly start raising your workout intensity to your normal levels. Always listen to your body as you increase the workload.

Month 2-6: Regular Exercise Without Sudden Changes

This period of a few months is crucial for the success of your stem cell therapy.

The most important thing during this period is to stay active and exercise regularly, 하지만 at the same time to not increase your workload or change your exercise plan suddenly.

For example, some bodybuilding enthusiasts and high-intensity athletes tend to often switch things up in their workout routine, in order to “keep their muscles guessing.” This way, hypertrophy and other favorable body reactions are stimulated.

While this might make sense for an entirely healthy individual for a period of time, it’s best to keep things simple and consistent during your recovery phase.

Part V: Questions People Ask, Answered

Part V: Questions People Ask, Answered

1. Are stem cell procedures covered by insurance? Are they covered by Medicare?

Currently in the US and many other westernized countries, only stem cell therapies designed to treat blood and bone marrow diseases—such as leukemia and lymphoma—can be fully or partially reimbursed by insurance and Medicare.

Therapies aimed to help patients avoid surgery after an injury or when suffering from a chronic condition are still mostly considered “experimental” and are usually not covered by insurance or Medicare however, exceptions do happen on a case-by-case basis.

2. Is stem cell therapy legal?

The usage of adult (bone marrow and adipose tissue) and umbilical cord stem cells to treat various conditions and diseases is perfectly legal [10] .

The only stem cells that are prohibited in therapy and are highly regulated in research are embryonic stem cells.

3. Is stem cell therapy FDA-approved?

FDA allows for “minimal manipulation” [12] to happen during the transplantation phase. Here is what “minimal manipulation” means:

  • The processing of the tissue does not alter its original characteristics
  • The processing does not alter any biological characteristics of cells and tissue

4. Is stem cell therapy ethical?

As we’ve mentioned previously, there is a lot of controversy surrounding stem cell therapy.

However, the controversy is mainly sparked by 배아줄기세포, 어느 are not used in practical therapy. It is not legal to use embryonic stem cells in therapy within the US.

Umbilical cord stem cells ~이다 donated by informed consent by a newborn’s parents for research and medical purposes. The transfer of these stem cells to therapy clinics is a highly controlled process.

Other sources—your own bone marrow 또는 adipose (fat) tissue stem cells—shouldn’t raise any ethical questions as they are part of your body.

5. Can stem cell therapy cure diabetes?

The potential of stem cells is as powerful as it is exciting. There is important ongoing research in the possible application of stem cell therapy in curing a number of previously unchallenged diseases, including diabetes [51] . As we do not provide this type of treatment, we will refrain from further comment.

6. Are stem cell injections painful?

This is a question we get quite a lot. The injection itself is no more painful than your typical shot at the doctor’s office. 를 위해 couple of weeks after the procedure, however, you might feel mild pain in the area, which is completely normal and shouldn’t interrupt your daily activities or light exercise.

7. How long does it take for stem cell therapy to work?

It takes a few weeks to a few months for stem cells to start actively multiplying and differentiating within the patient’s body. Most of our patients feel significant results within 2-6 months period.

Want to activate your body’s natural ability to heal itself?


Muscles May Preserve A Shortcut To Restore Lost Strength

Skeletal muscle cells from a rabbit were stained with fluorescent markers to highlight cell nuclei (blue) and proteins in the cytoskeleton (red and green). Daniel Schroen, Cell Applications Inc./Science Source 캡션 숨기기

Skeletal muscle cells from a rabbit were stained with fluorescent markers to highlight cell nuclei (blue) and proteins in the cytoskeleton (red and green).

Can muscles remember their younger, fitter selves?

Muscle physiology lore has long held that it is easier to regain muscle mass in once-fit muscles than build it anew, especially as we age. But scientists haven't been able to pin down how that would actually work.

A growing body of research reviewed Friday in the journal 생리학의 개척자 suggests that muscle nuclei — the factories that power new muscle growth — may be the answer. Rather than dying as muscles lose mass, nuclei added during muscle growth persist and could give older muscles an edge in regaining fitness later on, new research suggests.

This work could affect public health policy and anti-doping efforts in sports, says Lawrence Schwartz, a biologist at the University of Massachusetts, Amherst who wrote the review. But some scientists caution against extrapolating too far from these studies into humans while conflicting evidence exists.

One thing is for sure: Muscles need to be versatile to meet animals' needs to move. Muscle cells can be sculpted into many forms and can stretch to volumes 100,000 times larger than a normal cell. Muscle cells gain this flexibility by breaking the biological norm of one nucleus to a cell some muscle cells house thousands of nuclei.

In mammals, these extra nuclei come from stem cells called satellite cells that surround the muscle. When demands on the muscle increase, these satellite cells fuse with muscle cells, combining their nuclei and paving the way for more muscle.

"To build muscle mass you need to make more of the contractile proteins that create that force," says Kristian Gundersen, a muscle biologist from the University of Oslo. Nuclei power the building of more muscle, making them "a bit like factories," says Gundersen. The more nuclei, the bigger and stronger the muscle.

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Exercise Wins: Fit Seniors Can Have Hearts That Look 30 Years Younger

But what happens to those extra nuclei as we slide into a more sedentary, less fit lifestyle?

Physiologists had thought that a single nucleus supported a certain volume of cell. As a muscle cell grew, it needed more nuclei to support that extra volume. But as a muscle shrinks from lack of use, it gets rid of those unnecessary extra nuclei.

"The idea was you exercise a muscle and it changes," says Gundersen. "Stop exercising and it goes back to how it was." Better to raze unneeded factories than expend energy to keep them running.

This view found support in studies that found nuclei were scrapped as muscles atrophied. But Gundersen and Schwartz say those experiments overlooked what was really happening.

Take a cross section of muscle tissue and you'll find a sort of marbled mishmash of muscle cells surrounded by numerous other cell types, such as satellite cells and fibroblasts. "It can be very difficult to distinguish between muscle nuclei from other nuclei," says Gundersen.

Researchers could have been measuring the death of cells that support muscle and incorrectly inferred that muscle cells lose their nuclei, according to Gundersen and Schwartz.

Gundersen and colleagues developed another method that zoomed in on individual muscle cells. The researchers injected a stain into muscle cells that mice use to flex their toes.

The stain spreads throughout the muscle cells, illuminating their nuclei. Gundersen could then track the nuclei over time as he induced muscle growth by giving the mice testosterone, a steroid hormone. Later, after stopping the testosterone, he could watch what happened as those muscles atrophied.

Unsurprisingly, testosterone boosted nuclei number. But those extra nuclei stuck around, even as the muscle shrank by half.

Gundersen thinks the results contradict the conventional wisdom that nuclei disappear when muscles atrophy. "Nuclei are lost by cell death," he says, "just not the actual muscle nuclei that confer strength." What's more, he says these retained extra nuclei might explain how a muscle remembers its past fitness.

To test this idea, his lab gave some mice testosterone, and left others untreated. The doped mice got a boost in muscle mass and muscle nuclei. Then the scientists left both groups to atrophy for three months, about 15 percent of a mouse's life span.

Muscle size decreased, but the extra nuclei in the treated mice were still there.

The researchers then put the mice through an intense fitness regimen. After six days, the nuclei-rich muscles exposed to testosterone grew 36 percent, while the untreated muscles grew only 6 percent.

Gundersen has an analogy to explain what happened: "If you have to build the factories anew, it probably takes more time and is more difficult, but if the factories are already there you just need to start them up."

University of Massachusetts' Schwartz believes this phenomenon can probably be generalized to most muscle types across the tree of life. He points to his own work in moths, where he also found that nuclei remain as muscles atrophy.

If it's true in mice and moths, he thinks, then it could be generally true that once a muscle gains nuclei, it keeps them. And recent evidence suggests muscle cells can stick around for decades.

Schwartz and Gundersen say their research could have major implications for public health and anti-doping rules in sport.

Muscle weakness is a major cause of injury in the elderly, and as we age it becomes harder to grow new muscle. "Of course we need further confirmation in humans, but the idea that is you exercise, you get more nuclei and you have them forever," says Gundersen.

Schwartz adds, "If we can bank muscle nuclei early in life, when it's easier to build muscle, we could then draw on these later in life to slow the effects of aging." He thinks early physical education classes, which are often on the chopping block when schools tighten budgets, gain added importance in light of this research.

The Torch

At The U.S. Olympic Trials, Mixed Opinions About Russian Doping Scandal

This work may touch the world of sport as well. Athletes who dope could reap benefits, in the form of banked muscle nuclei, long after they stop taking any drugs. Currently, the World Anti-Doping Association has a maximum first-time ban of four years. "If the mechanisms are similar in mice and men, then I think that time is far too short," says Gundersen.

Olivier Rabin, WADA's science director, says the association is aware of Gundersen's work but will wait for further confirmation in humans before suggesting any changes to current ban rules. "If we want to start banning athletes for six years, 10 years, or life, we'd better be very sure the science is solid."

Muscle biologist Charlotte Peterson, a professor at the University of Kentucky, also thinks it is too soon to translate this science into any kind of policy. "To say that muscle nuclei do not undergo atrophy, period, is absolutely not true," she said. Results are mixed, she said, citing a study of humans and bed rest that showed muscle nuclei are lost.

Peterson praised Gundersen's imaging work and was convinced that in the muscle cells he observed, nuclei are not lost during atrophy. But she argues that assuming this experiment represents the norm would be a mistake.

Other muscles with different demands, like postural muscles, or muscles more directly involved in functional movement, could behave differently. Timing may also play a role. "Just wait long enough depending on the function of the muscle and you will lose muscle nuclei with atrophy," says Peterson.

As for muscle memory, Peterson thinks that changes in DNA expression in response to exercise may play a greater role than muscle cell nuclei, as was suggested in a recent human study.

"We still have a lot to learn," says Peterson. "We do not know enough at present to translate to humans, and we certainly don't know nearly enough to influence any kind of policy."

Jonathan Lambert is an intern on NPR's Science Desk. You can follow him on Twitter: @evolambert


창조과학연구소

Embryonic stem cells are the basic building blocks for some 260 types of cells in the body and can become anything: heart, muscle, brain, skin, blood. Researchers hope that by guiding stem cells in the laboratory into specific cell types, they can be used to treat diabetes, Parkinson's disease, heart disease, or other disorders. The primary clinical source is the aborted fetus and unused embryos currently housed in frozen storage at IVF facilities. A developed stem cell line comes from a single embryo, becoming a colony of cells that reproduces indefinitely. Consider now the following ten problems with Embryonic Stem Cell Research (ESCR).

1. The issue of who or what

As the nation sits embroiled over the battle of where to draw the line on ESCR, the real issue that truly divides us is whether embryonic stems represent a who or a what. In other words, are we talking about people or property?

Since Roe v. Wade we have not been willing or able as a nation to address the issue. As a result, those who oppose ESCR and those who support it will never reach an acceptable point of compromise. Still, in the midst of the flurry of all this biotechnology and all the problems it presents, there is some very good news that has been overlooked by almost everyone. Ready? Cloning proves scientifically that life begins at conception&mdasha position to which the author and most Christians philosophically already adhere.

Additionally, the insights provided by cloning technology destroy the scientific and legal basis of distinguishing a preembryo from an embryo, the popular distinction made at 14 days after conception. This is significant because this distinction determines the handling and treatment of human life less than 14 days old, which is so basic to all ESCR.

In short, our understanding of embryonic development as provided by cloning technology could force not only those who participate in ESCR specifically, but also those who participate in in-vitro fertilization (IVF) procedures generally, to recognize there is no real preembryo&mdashembryo distinction and that all human life begins at conception. Therefore, as a nation, we should rightly adjust the moral and legal treatment and status of all embryos to people not property from the point of conception.

2. The deliberate misuse of terminology in defining stem cells

Proponents of ESCR often use the term pluripotent. This word intends to imply that the ESC cannot make or reform the outer layer of the embryo called the trophoblast. The trophoblast is required for implantation of the embryo into the uterus. This is a distinction used by proponents of ESCR to imply a fully formed implantable embryo cannot and does not reform after the original embryo is sacrificed. This is significant because to isolate the stem cells, scientists peel away the trophoblast or skin of the embryo much like the peel of an orange. They then discharge the contents of the embryo into a petri dish.

At this stage of development, the stem cells that comprise almost the entire inner body of the early embryo look and function very similar to one another. Once put into the petri dish, the un-programmed cells can be manipulated to multiply and divide endlessly into specific cell types. The question regarding use of the term pluripotent is whether stem cells emptied into the petri dish can reform the trophoblast creating an implantable embryo of the originally sacrificed embryo?

The uncomfortable truth is, James Thomson, who led the effort that first isolated and grew embryonic stem cells in the laboratory says the trophoblast can reform under certain circumstances. That means even after months of continuous proliferation of the cells, implantable cloned human beings of the original embryo might be forming as the stem cells are grown in petri dishes. Therefore, use of the term pluripotent is scientifically inaccurate and deliberately misleading.

3. ESCR is related to human cloning

Understanding how ESCR and human cloning relate requires delineation between the two forms of human cloning: reproductive and therapeutic.

Reproductive cloning creates a later born twin from a single cell of another person by transplanting the DNA of the adult cell into a human egg whose nucleus has been removed. This process is somatic cell nuclear transfer. In this procedure, the resulting embryo is implanted in a woman and carried to birth. Proponents say that reproductive cloning is a logical extension of infertility treatments, hence the intimate link to IVF procedures.

By contrast, therapeutic cloning occurs when an adult undergoes a cloning procedure to duplicate his own cells in order to stave off personal disease, illness or the effects from sudden and serious injury. This procedure also begins by creating a clone of the adult through somatic cell transfer. In therapeutic cloning however, the embryos are allowed to live up to 14 days, at which time their trophoblasts are removed, as in standard ESCR, to harvest the highly prized stem cells for the donor's treatment.

In summary, therapeutic cloning begins with the same procedure as reproductive cloning. The goal of reproductive cloning is to produce a baby. The goal of therapeutic cloning is to produce embryonic stem cells for research and or treatment.

Additionally, whenever embryonic stem cell research results in the spontaneous reformation of the trophoblast around other stem cells, a fully implantable cloned life of the originally sacrificed embryo is created, however temporarily.

4. The current status of ESCR in the U.S. is unsettled at best

President Bush announced on August 9, 2001, that federal funds would not be used for ESCR that result in the future destruction of embryos. They can, however, be used to conduct research on the 64 stem cell lines that currently exist because "the life-and-death decision has already been made." However, scientists who work with some of these cells say many of the 64 lines are not yet developed and some may never pan out. Some researchers are uncertain about the quality of the cells and wonder if the limited number is enough. Proponents of this research are now focused on gaining more ground by passing legislation in Congress.

5. There is law that could apply to ESCR

Originally attached to the 1995 Health and Human Services (HHS) appropriations bill, the "Dickey Amendment" has prohibited federal funding of "any research in which a human embryo or embryos are destroyed, discarded or knowingly subjected to risk of injury or death." Unfortunately, there are no laws to protect preembryos (embryos under 14 days old) or that prohibit private individuals, research firms, or pharmaceutical companies from forming, manipulating, or destroying stem cells, human clones, or embryos.

6. Polls show that the American people do not approve using public money to destroy human embryos in medical research

7. ESCR puts us on the road to growing humans for body parts

The un-programmed cells of an early embryo are derailed from their natural course of development and coaxed through chemical manipulation to become very specific tissue types that will be used to treat the unhealthy or diseased tissue of those already born. Opponents of funding ESCR have argued vehemently against this stark utilitarian treatment of human life, unfortunately with little effect.

Regarding the justification that the embryos "left over" in IVF clinics (reportedly >300,000 in the US alone) will simply be discarded anyway, reflects a chilling absence of moral conscience. We do not consider it appropriate to take organs from dying patients or prisoners on death row ~ 전에 they have died in order to increase someone else's chances for healing or cure. Neither, then, should we consider any embryos "spare" so that we may destroy them for their stem cells.

How far down this road have we already come? Consider the story of Adam and Molly Nash. Molly was diagnosed with Fanconi anemiaa hereditary and always fatal disease. Doctors determined that the best hope for Molly was a cell transplant from a relative whose cells matched Molly's, but without anemia. So Molly's parents produced fifteen embryos by IVF, only one of which had the right genetic material. It was implanted in Mrs. Nash who gave birth to Adam. Adam's stem cells were taken from his umbilical cord and implanted in his sister. Despite all the success of the treatment and the medical justification, the fact remains that Adam was conceived, not just to be a son, but a medical treatment. Adam was a means valuable only insofar as he carried the right genetic material. If he hadn't, he would have been rejected like the other fourteen discarded embryos. The undeniable conclusion is that we are growing humans for body parts.

8. Contemporary moral issues often follow the flow of money

Stem cell research and human cloning are about transforming the mystery and majesty of life into a mere malleable and marketable commodity. In the short term, this is big business and offers great fame and fortune to the pioneers and biotech companies who master their secrets and harness the power of life through ESCR.

9. ESCR currently has major disadvantages

The promises of ESCR are right now nothing more than hoped for possibilities. Successful clinical trials for people are years away at best. 왜요? The reality is that the scientific evidence so far does not support public statements.

First, one minor complication is that use of human embryonic stem cells requires lifelong use of drugs to prevent rejection of the tissue. Second, another more serious disadvantage is that using embryonic stem cells can produce tumors from rapid growth when injected into adult patients. A third disadvantage reported in the March 8, 2001, 뉴잉글랜드 의학 저널 was of tragic side effects from an experiment involving the insertion of fetal brain cells into the brains of Parkinson's disease patients. Results included uncontrollable movements: writhing, twisting, head jerking, arm-flailing, and constant chewing. Fourth, a recent report in the 저널 과학 reported that mice cloned from ESC were genetically defective. If human ESC are also genetically unstable, that could materially compromise efforts to transform cells extracted from embryos into successful medical therapies. Finally, the research may be hampered because many of the existing stem cell lines were grown with the necessary help of mouse cells. If any of this research is to turn into treatments, it will need approval from the FDA, which requires special safeguards to prevent transmission of animal diseases to people. It is unclear how many of these cell lines were developed with the safeguards in place. This leads to a host of problems related to transgenic issues.

10. The Success and Promise of Adult Stem Cell Research

In all fairness, adult stem cells have restricted differentiation potential and do not proliferate as well as ESC. On the other hand, while ESCR yields, at best, meager results, and has only far distant possibilities of successful clinical applications, current clinical applications of adult stem cells are abundant! They include treatments for the following: corneal restoration, brain tumors, breast cancer, ovarian cancer, liver disease, leukemia, lupus, arthritis, and heart disease. Thousands of patients are treated and cured using adult stem cells. Alternative sources for adult stem cells include: placenta, cord blood, bone marrow organ donors, and possibly fat cells.

For these ten reasons my conclusion is that more dollars should be invested in adult stem cell research and the macabre research associated with ESCR should be abandoned entirely.


논의

We have further investigated a new strategy to restore dystrophin expression in mdx mouse muscles by an intraarterial injection of normal purified Sca-1, CD34 muscle-derived stem cells. Marker transgenic DNA was found in muscles of mdx/mdx mice demonstrating the migration of these cells from the blood vessels. These muscle-derived cells crossed the vessel barriers thus leading to a mosaic expression of the marker gene in muscles of the injected hindlimb of adult mice. The precise pathway used by the transplanted cells to home to host muscle tissues is not known. However, the adhesion-initiating vascular diapedesis of these cells is high in capillaries. Based on our findings, the cells might have actively migrated in response to chemoattractants, as described previously, after bone marrow transplantation (Mazo et al. 1998 Deog-Yeon et al. 2000).

The fate of injected Sca-1, CD34 positive cells was evaluated by examining tissues of five mdx/mdx 쥐. We found transcription and expression of LacZ and normal dystrophin genes in muscles of the injected hindlimbs. Unexpectedly, PCR and RT-PCR analysis revealed the absence of injected cells in other muscles and tissues of the treated mice. Histochemical analysis of muscles showed colocalization of dystrophin and β-gal in muscle fibers. Peripherally nucleated double-positive fibers were generally grouped in some segments of the muscles and always seemed to exist in small groups, suggesting that there might have been clonal proliferation of some donor cells, later contributing to the formation of several muscle fibers. Thus, muscle-derived cells injected into arterial circulation of a congenital dystrophinopathy partly restored normal dystrophin production in striated muscles.

In this study, we used a muscle culture system for facilitating the enrichment and purification of Sca-1 + and CD34 + cells. We found a lower content of desmin-positive cells in a population of purified muscle-derived cells that display both CD34 and Sca-1 as markers of progenitors cells. This population was obtained with a purification method described in Qu et al. 1998, but with a different medium and growth conditions. However, these cells showed a poor ability of myogenic differentiation, indicating that they are distinct from the pp6 cells described in Qu et al. 1998. These cells could represent a pool of stem cells capable of commitment to more than one lineage (hemopoietic, endothelial, and muscular) given the right environmental cues. However, the major problem encountered in this study was the poor ability of the pp6 cells to undergo muscle differentiation when injected directly in the muscle. It is conceivable that engraftment efficiency may depend on the inflammatory consequences of muscle directly injected compared with the arterial injection of the hindlimb where histologic features of muscles are invaried. These data do not preclude the possibility of the muscle-derived Sca-1, CD34 double-positive cells representing the immediate progenitors to satellite cells. The descendants of the activated satellite cells, myogenic precursor cells, undergo multiple rounds of division before fusing to existing or new fibers. Quiescent satellite cells express c-met and M-cadherin proteins, but do not express markers of committed myoblasts such as Myf-5, MyoD, and desmin (Cornelison and Wold 1997 Sabourin et al. 1999). The total number of satellite cells in muscle remains relatively constant, suggesting that a capacity for self-renewal in the satellite cell compartment maintains the population of quiescent cells (Bischoff 1994). However, the mechanism by which satellite cells undergo self-renewal in skeletal muscle is poorly understood. Muscle stem cells may undergo asymmetric cell division to generate two daughter cells: a committed myogenic precursor and a pluripotent “self.” Moreover, it remains possible that muscle-derived stem cells represent an independent stem cell population separate from the satellite cells. Additionally, circulating pluripotent cells derived from the bone marrow might be the common putative stem cell population present in many different tissues.

To analyze the potential role of the endothelial CD34 + progenitor cells of our purified muscle-derived cells, we performed in vivo studies focusing on the muscle injections of endothelial cells. Interestingly, endothelial cells injected intramuscularly remained as mononuclear cells under the basal lamina of the host muscle fiber in the same location as muscle satellite cells and fused poorly with host fibers. Few LacZ- and vimentin-positive cells were also located at the perithelial sides of muscle vessels.

It is extremely interesting to note that the efficiency of Sca-1, CD34 muscle engraftment increased significantly to 12% when TA muscle of the injected hindlimb was damaged 48 h after intraarterial injection. This observation suggests that these cells first attached to the capillaries as Sca-1, CD34 positive stem cell remaining in the muscle without differentiation and participate actively in muscle formation only after muscle damage. Thus, the myogenic potentialities of the injected cells are determined by the location of the precursors at the beginning of muscle and blood vessel damage. In another experiment, the damage to the leg muscles of mdx mice 48 h after the intraarterial injection of TnILacZ Sca-1 + CD34 + cells (pp6) was done by a swimming exercise which was shown to damage the muscle fibers of mdx mice. 1 mo later, we observed only 1% of β-gal–positive fibers in the leg injected arterially. There are two possible hypotheses to interpret the results of these two experiments with muscle damage produced with a needle and with exercise. The first is that the Sca-1 + CD34 + cells are attached to the capillaries and participate in muscle regeneration when not only the muscle fibers, but also the blood vessels, are damaged. The second hypothesis is that the Sca-1 + CD34 + cells are still present in the blood circulation and are attracted to the damaged muscle when the blood vessels are damaged. The first hypothesis means that there are two types of muscle regeneration. The first type (low regeneration), which would occur after damage only to the muscle fibers, would involve the participation of only the satellite cells attached to the muscle fibers. The second type of muscle regeneration (intense regeneration) would occur after a damage to the muscle involving not only the muscle fibers, but also the blood vessels. With this more intensive damage, the regeneration would involve not only the participation of satellite cells, but also of stem cells already attached to the blood vessels or present in the blood circulation. The low regeneration would occur after intense muscle activity. The intense regeneration would occur after a major injury to the muscle (an accident, a bite, or a crush). The presence of precursor cells attached to the blood vessels and participating in muscle regeneration only after damage to these vessels would explain why Grounds and McGeachie 1992 observed that within a few hours after a muscle crush there were more myogenic cells than satellite cells. This intense regeneration hypothesis also explains why there is muscle regeneration after muscle irradiation when notexin is injected intramuscularly (Heslop et al. 2000), since these injections also damaged the blood vessels. More importantly, this hypothesis would account for the absence of muscle regeneration in DMD patients despite the presence of stem cells originating from the bone marrow or other sources already attached to the blood vessels and capable of forming myogenic cells.

During embryonic vasculogenesis, primordial perithelial cells, which later would generate smooth muscle and connective tissue of the vessel wall, develop in the outermost portion of vasculogenic clusters (DeRuiter et al. 1997). It is possible that these multipotent mesodermal progenitors remain associated to the tissue vasculature as perivascular cells and acquire a commitment depending on the tissue (Bianco and Cossu 1999). In this model, the mesodermal progenitors would represent the source of cells to develop and regenerate tissue. Thus, when muscle stem cells are injected by intraarterial circulation, they would become associated with the vasculature and would be able to differentiate into the myogenic lineage after muscle and blood vessel damage. In contrast, the direct muscle injection of these cells did not give the correct lineage relationship between endothelial and perithelial progenitor cells.

This raised the possibility that the precursor Sca-1, CD34 muscle-derived cells with characteristics of bilineage-committed precursors (hemopoietic and muscular) may prevent irreversible pathological damage and allow engraftment in many distant areas affected by the disease. It would also be important to know the muscle-derived signals governing cell migration. Thus, further accurate studies of the Sca-1, CD34 muscle-derived cells will be essential to improve transplantation efficiency.