幹細胞ニッチとは何ですか?

幹細胞ニッチの概念は、幹細胞が特定の微分化作用に依存し、そのアイデンティティと機能を維持するために提案した1970年代の先駆的な仕事から現れました。それ以来、ニッチは幹細胞を収容し、自己更新と差別のバランスをとるために必要な信号を提供する専門的解剖学的コンパートメントとして定義されています。この微分化は、隣接するサポートセル、細胞マトリックス(ECM)コンポーネント、溶性シグナル、および物理的な調整装置を一緒に作成する。

幹細胞ニッチは静的ではありません。それらは生理学的要求と怪我に動的に反応します。健康な組織では、ニッチは正常な売上高によって失われた細胞を置き換えることができる幹細胞のプールを維持します。怪我の後、ニッチは幹細胞を活性化し、移行を指導し、特定の細胞タイプにそれらの差別を制御することによって修理応答をオーケストラにします。ニッチの完全性は、生涯にわたる組織の維持と再生にとって重要です。

哺乳動物体には、各々が住民の幹細胞のニーズに適応した複数の異なるニッチが含まれています。例えば、骨髄の肝腫増殖ニッチは血液形成幹細胞をサポートしていますが、暗号の基部にある腸ニッチは急速な表皮更新を促進します。ニッチ全体で一般的な原則を理解し、各特徴は、再生生物学の中央目標です。

オルガン再生におけるニッチの役割

臓器再生は、幹細胞のニッチの能力に依存して、怪我を感知し、調整された修復反応をマウントします。肝臓、皮膚、または心臓などの臓器が損傷を受けた場合、損傷した組織からの信号とニッチ自体は、常駐幹または先駆細胞を活性化します。これらの細胞は、その後、傷害部位に移住し、失われたまたは損傷した細胞を交換する差別化します。ニッチは、このプロセスのすべてのステップを制御し、再生が、制御されていない成長なしで効率的に進行することを確認します。

例えば、肝臓では、肝細胞自体は、培養幹細胞として機能しますが、胆管システム(ヘリングの運河)内のニッチは、肝細胞の増殖が損なわれるときに活性になる有能なプロゲニター細胞を収容します。皮膚では、毛小胞の膨らみは、創傷治癒と毛の循環に貢献する幹細胞を含みます。腸内はニッチを暗号化し、最良の例の1つである、および発芽細胞の働き、および発芽細胞を促進し、異なる細胞を駆動します。

肝毒性ニッチと血の再生

骨髄は、生涯にわたる血液産生を持続するニッチの古典的な例を提供します。 Hematopoietic幹細胞(HSC)は、骨粗芽細胞、中性脳細胞、および副鼻細胞と密接に接触する。 これらのニッチ細胞は、幹細胞因子(SCF)、CXCL12、およびHSCキセレンスを維持したり、ストレス時に活性化させるthrombopoietinなどの信号を生成します。 放射線療法の後、または免疫学的治療を再開する必要があります。

腸ニッチとエピテリアルリニューアル

腸のエピテルリウムは、暗号化のベースで幹細胞によって駆動され、3〜5日ごとに再生します。 分岐した分泌細胞であるパンエト細胞は、Wntのリガンド、EGF、ノッチ信号を分泌することによってニッチの重要な部分を形成します。 さらに、暗号化の下のメセシウム細胞は、透過性環境を作成するためにBMP阻害剤を生成します。 このニッチの消毒、炎症、または炎症性疾患などの疾患を発症する可能性があります。

神経ニッチと脳修復

横型ベントリルおよびヒポカンパスのサブグレナリンゾーン(SVZ)は、成人脳における第一次神経幹細胞のニッチです。これらのニッチは、エフェンダイマル細胞、アストロサイト、およびFGF2やBMPなどの成長因子を分泌する血管を含みます。脳卒中または怪我の後、ニッチは新しいニューロンを生成するために活性化することができますが、再生能力は限られています。ニッチは神経疾患の集中を強化しています。

要因はニッチ機能に影響を与える

幹細胞ニッチの動作は、過激なおよび本質的な要因の複雑なネットワークによって制御されます。キー信号経路には、幹細胞の自己更新、差別化、および気質を調節するWnt/β-カチン、ノッチ、ヘッジホッグ、およびBMPが含まれます。例えば、腸の暗号では、高Wnt信号は、さまざまなmesenchymeから信号を伝達しながら、幹細胞を促進します。これらの組織の回転数とバランスは、これらの組織の有効化を決定します。

細胞外マトリックスの部品はまた重要な役割を担います。コラーゲン、ラミンズおよびプロテオグリカンのようなECMの分子は幹細胞に構造的なサポートおよび現在の成長因子を提供します。幹細胞のIntegrinの受容器はECMの構成および剛さ、膨張の付着、移住および差別を意味します。骨髄では、ニッチのマトリックスの剛さはHSCの維持に、頭脳では、SVZのECは神経の移動を導く間影響します。

ニッチ内の細胞相互作用は等しく重要です。 細胞をサポートし、細胞細胞、免疫細胞、血管循環、分泌細胞および幹細胞の特定の受容器を活性化する現在のリガンド。 例えば、ノッチシグナル伝達は、幹細胞とタデルまたはジャグドを表現するニッチ細胞間の直接接触を必要とします。 これらの細胞の物理的な配置は、その位置の細胞およびそれらのプロゲニヤの信号のグラデーションを作成します。

メタボリックと栄養因子もニッチ機能を調整します。 酸素の緊張、栄養素の可用性、および赤色状態は幹細胞の代謝とストレスの応答に影響を与えます。 たとえば、ヘマトポイズム幹細胞は、排卵を促進し、長期再人口能力を維持する低酸素ニッチに取って代わる。 同様に、グルコースまたはアミノ酸の可用性の変化は、幹細胞増殖と差別を変更することができます。

再生医療のインプリケーション

幹細胞ニッチの分子と細胞の発疹を理解することは、再生医療の新しい道を開きます。 3つの広範な戦略が探求されています: (1) 組織の修復を高めるために内因性ニッチを操作する、(2)幹細胞の拡張と移植のための合成ニッチを作成する、(3) 幹細胞の分別を指示するニッチ信号を模倣します。

内因性ニッチを操作する

研究者は、怪我後にニッチ活性を高めることができる薬やバイオマテリアルを開発しています。例えば、WntアゴニストまたはBMP阻害剤のローカルデリバリーは、腸幹細胞の拡張を刺激し、衝突モデルで治癒を加速することができます。心臓では、神経ニッチを模倣する注射可能な水力学は、心筋梗塞後に心臓の修復を改善するための約束を示した。脳細胞をターゲットに - 脳細胞が骨髄細胞を修復した後、免疫細胞を回復するためにHCI細胞を検査した後、免疫細胞を促進します。

工学 総合的なニッチ

幹細胞療法のために、支持的なニッチの元ヴィボを提供して移植の後で刻印および機能を改善できます。 細胞化された足場、3Dによって刻印された構造およびハイドロゲルのmicroenvironmentsは特定のECMの部品、機械的キューおよび信号の分子を示すように設計することができます。 Hematopoieticの幹細胞はノッチの結紮およびSCFを含む総合的なニッチで拡大しました高められた骨髄は同様に試験の傷害の根管を改良しましたり、神経の分解の細胞およびスケールの統合を確かめました。

差別プロトコルにおけるニッチ信号の模倣

特定の系統に誘発された気化した分流性幹細胞または胚性幹細胞を区別するための多くのプロトコルは、ニッチ信号を再現する周り設計されています。例えば、腸内オルガノイドを生成することは、Wnt、R-spondin、およびEGFを必要とし、暗号化ニッチを模倣します。心臓の分化は、心臓発作に似ている気道的な順序でWntおよびBMP信号を変更することによって改善されます。より多くの信仰は、我々はうまく機能的な細胞を再現することができます、より良い細胞の成熟度を向上させます。

チャレンジと未来の方向性

重要な進歩にもかかわらず、いくつかの課題は残っています。 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、

将来の研究は、ニッチの年齢関連の損失が組織の低下に寄与するにつれて、ニッチが年齢とともにどのように変化するかを理解することに重点を置いています。ニッチを若返らせる介入 - 炎症を調節し、EPC組成を回復するか、代謝のフィットネスを後押しするか、または代謝の低下を増加させることによって。さらに、ニッチ工学と遺伝子の編集ツールを組み合わせることで、ニッチ機能を維持しながら、CRISPRなどの遺伝子の欠陥の正確な補正が許可されることがあります。

コンテンツ

幹細胞ニッチは、幹細胞のアイデンティティを維持し、修理を動員するために必要な微小環境を提供する、臓器再生の基礎です。骨髄から脳まで、各ニッチは、幹細胞活動を調整するために、シグナル伝達分子、ECMのキュー、細胞細胞相互作用のユニークな組み合わせを使用しています。これらのニッチの理解を深めることは、体自身の修復メカニズムを使用するか、または人工的切株を抽出して、細胞を完全に排除する新しい回生療法に翻訳されます。