In een voorschot dat onderzoek naar stamcellen en regeneratieve geneeskunde belooft te vergemakkelijken, een door RIKEN geleid team heeft een niet-invasieve methode aangetoond voor het volgen van de chemische veranderingen die gepaard gaan met de herprogrammering van somatische cellen in stamcellen.

Pluripotente stamcellen zijn uniek omdat ze het vermogen hebben om alle celtypen te laten ontstaan ​​die aanwezig zijn in een volwassen organisme, waardoor ze veelbelovend zijn voor nieuwe therapieën op basis van regeneratieve geneeskunde. Ze zijn er in twee varianten:embryonale stamcellen, die van nature aanwezig zijn in het zich ontwikkelende embryo, en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's), die worden geproduceerd door kunstmatige herprogrammering van normale cellen in het volwassen lichaam met behulp van biochemische interventies.

Om een ​​beter begrip te krijgen van de celdynamiek tijdens de herprogrammering om iPSC's te produceren, het is van vitaal belang om de complexe chemische veranderingen in de cellen te volgen. Conventionele technieken voor het schatten van celkwaliteit en de voortgang van herprogrammering zijn gebaseerd op destructieve methoden, die kostbaar en tijdrovend zijn.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Tomonobu Watanabe van het RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) heeft een analytische techniek gebruikt die bekend staat als Raman-spectroscopie om chemische veranderingen in cellen te volgen. Omdat het een laserstraal gebruikt en geen etikettering van monsters vereist, Raman-spectroscopie biedt een minder invasieve, sneller en goedkoper alternatief voor bestaande methoden.

Raman-spectroscopie meet de trillingen van moleculen door hun interactie met laserlicht te volgen. Verschillende chemische groepen trillen op verschillende frequenties, waardoor wetenschappers kunnen detecteren welke verbindingen aanwezig zijn. "Raman-spectroscopie detecteert moleculaire vingerafdrukken van cellen, " zegt Arno Germond, ook van BDR. "Dit stelt ons in staat om de progressieve veranderingen in het celmetabolisme te identificeren en te karakteriseren tijdens de herprogrammering van stamcellen van muizen en mensen."

Het team verkende de mogelijkheden van Raman-spectroscopie door het te gebruiken om te kijken naar embryonale stamcellen van muizen, de neuronale cellen waarin ze zijn gedifferentieerd, en de iPSC's die de neuronale cellen opnieuw hebben geprogrammeerd om te vormen. "We ontdekten dat herprogrammering een veel groter verschil in de Raman-signalen oplevert dan we hadden verwacht, ", zegt Watanabe. Germond en zijn collega's hebben bewijs gevonden dat Raman-spectroscopie spectrale biomarkers biedt die de voortgang van herprogrammering aangeven. Het team vond ook sterke verschillen tussen de lipide-signaturen van embryonale stamcellen en geherprogrammeerde cellen.

"Naast de bovenstaande bevindingen, we gebruikten intelligente neurale netwerkalgoritmen die zijn aangepast om de Raman-spectroscopiegegevens te lezen, wat nogal een innovatie is op dit gebied, ’, vult Germond aan.

Het team hoopt nu aan te tonen dat de techniek kan worden toegepast op een breed scala aan cellen van verschillende soorten. Ook willen ze de biologische basis van de verschillende Raman-signalen onderzoeken.