Året i biomedicin

Stamceller

Lätt rörelse: För att visa hur optogenetik kan tillämpas på medicinska problem, genetiskt modifierade forskare en mus för att uttrycka ett ljuskänsligt protein (visat i grönt) i dess ischiasnerv. De kunde sedan utlösa muskelrörelser genom att lysa på muskeln.

I oktober, 12 år efter att mänskliga embryonala stamceller först isolerades, testades en terapi härledd från sådana celler på människor för första gången ( First Human Tests of Embryonic Stem Cell Therapy Underway ). Terapin, utvecklad av Geron, är utformad för att behandla ryggmärgsskada med en injektion av differentierade neurala celler i skadestället.

Eftersom den kliniska prövningen är den första i sitt slag, har Geron varit tvungen att slå en ny väg framåt med U.S. Food and Drug Administration när myndigheten tar reda på hur man reglerar embryonala stamcellsterapier och bedömer säkerheten för dessa celler. Företaget fick till en början godkännande för att påbörja kliniska tester förra året, men några månader senare ställdes dessa på is eftersom djurförsök väckte nya säkerhetsproblem. (FDA låter stamcellsförsök återupptas)

Ett andra företag, Advanced Cell Technology, vann FDA-godkännande i november för att påbörja mänskliga tester av sin embryonala stamcellsbaserade terapi för en ärftlig form av blindhet.

Medan dessa två mänskliga försök markerar stora steg framåt i stamcellsforskning, kan en federal domare i Washington, D.C., ha drivit fältet ett stort steg tillbaka. I augusti, bara 18 månader efter att president Obama avskaffade en verkställande order från president George W. Bushs administration som begränsade användningen av federala medel till ett begränsat antal embryonala stamcellslinjer, häpnade domare Royce Lamberth stamcellsgemenskapen genom att utfärda ett föreläggande som blockerar federal finansiering för all forskning som involverar embryonala stamceller. (Nytt domstolsbeslut kan försvaga stamcellsforskningen)

Forskare säger att beslutet – även om det senare vänds – kommer att ha en skadlig effekt på fältet och hämmar lovande medicinsk forskning som bara byggde fart. Alla anslag som granskas av landets största finansieringsorgan, National Institutes of Health (NIH), som involverar mänskliga embryonala stamceller har lagts på is medan NIH och andra statliga myndigheter försöker få föreläggandet upphävt.

Den federala regeringen överklagade snabbt föreläggandet och en appellationsdomstol avbröt det tillfälligt i september och hörde den senaste omgången av argument i fallet denna månad. Det är fortfarande oklart hur snabbt den domstolen kommer att fatta sitt beslut, eller när domare Lamberth kommer att fatta ett slutgiltigt beslut.

I ett pågående försök att undvika de etiska striderna som har hindrat forskning om embryonala stamceller, utvecklade forskare en ny metod för att göra inducerade pluripotenta stamceller, som är lika flexibla som embryonala stamceller men kan skapas från vuxen vävnad utan användning av embryon. (‘A New Way to Make Stem Cells’) Den nya metoden, utvecklad av Derrick Rossi och medarbetare vid Harvard, är mycket effektiv och använder RNA istället för DNA för att producera de fyra proteiner som behövs för att omprogrammera cellen. Att eliminera behovet av DNA förbigår vissa bekymmer med att skapa dessa celler, såsom risken för växande tumörer.

Genomik

I år, 10 år efter slutförandet av Human Genome Project, kom genomsekvensering äntligen in i medicinpraktiken. James Lupski , en läkare-forskare som lider av en neurologisk störning som kallas Charcot-Marie-Tooth, hittade källan till sin sjukdom efter en 25-årig sökning genom att sekvensera hela hans genom. ( A Family Mystery, Solved by a Genome ) Lupskis forskning var den första som visade hur helgenomsekvensering kan användas för att identifiera den genetiska orsaken till en individs sjukdom

Forskare använder också sekvensering för att studera och behandla cancer, genom att jämföra genomen av en patients friska vävnad och tumörvävnad för att identifiera de genetiska misstagen som gjorde att cancercellerna kunde växa utom kontroll. Steven Jones, Janessa Laskin och medarbetare vid British Columbia Cancer Agency använde detta tillvägagångssätt för att hjälpa till att välja läkemedel för en man som lider av ett sällsynt adenokarcinom. ( Treating Cancer Based on Its Genome ) Elaine Mardis och medarbetare jämförde genomsekvensen i en primärtumör och en metastaserande tumör från samma patient för att försöka hitta mutationer som gjorde att celler kunde bryta sig loss från det ursprungliga cancerstället och spridas genom kroppen. ( Genetic Clues to Cancer's Spread ) Foundation Medicine, en startup baserad i Cambridge, Massachusetts, syftar till att dra nytta av dessa fynd genom att skapa ett screeningtest som kan upptäcka variationer i hundratals cancerkopplade gener. (Start för att erbjuda patienter en genetisk profil av deras cancer)

Hjärnkontroll

Optogenetik – användningen av ljus för att kontrollera genetiskt modifierade neuroner – har snabbt blivit ett av de hetaste områdena inom neurovetenskap. Optogenetisk teknologi används nu i hundratals labb över hela världen, vilket hjälper forskare att få insikt i hjärnan. Medan huvuddelen av forskningen är inriktad på grundläggande vetenskap, pekar en handfull projekt som publicerats i år vägen mot kliniska tillämpningar. Forskare vid Weill Cornell Medical College i New York utvecklade en mer exakt protetisk näthinna för blinda möss som hade blivit genetiskt modifierade för att uttrycka ett ljuskänsligt protein i vissa retinala celler. ( Now I See You ) Genterapi kan en dag göra samma sak möjligt för människor.

Karl Deisseroth och kollegor vid Stanford använde optogenetisk teknologi för att kontrollera muskelrörelser hos möss som är genetiskt modifierade för att uttrycka ett ljuskänsligt protein i deras perifera nervsystem. En liten implanterbar LED-manschett levererade ljuspulser i millisekunder till nerven, vilket fick djurens benmuskler att dra ihop sig. Forskarna säger att de ljusutlösta sammandragningarna efterliknade normal muskelaktivitet närmare än sammandragningar som genererades genom att leverera elektriska signaler direkt till nerven. ( Genetiska 'Ljusbrytare' kontrollerar muskelrörelser) Fynden kan hjälpa till i utvecklingen av nervstimulatoranordningar som hjälper människor som är förlamade av ryggmärgsskador eller sjukdomar.

För att använda optogenetik i den mänskliga hjärnan måste forskare ta reda på hur man levererar ljus djupt i hjärnan. Medtronic, en av världens största tillverkare av medicintekniska produkter, arbetar med just detta. Företaget tillverkar för närvarande elektriska djupa hjärnstimulatorer, som är godkända för att behandla Parkinsons och andra neurologiska sjukdomar. En liknande enhet som levererar ljus snarare än elektricitet kan hjälpa till att förbättra designen av djupa hjärnstimulatorer och kan så småningom bli en terapi i sig. (Ett hjärnimplantat som använder ljus)

Ed Boyden, en av skaparna av optogenetik, var med i oktobernumret av Teknikgranskning ( Brain Control ) och i en gästkolumn på nätet skriver mer om hur vetenskapen samarbetar med naturens geniala lösningar. (Definiera en algoritm för att uppfinna från naturen)

Syntetisk biologi

Slutligen skapade Craig Venter och kollegor på Venter Institute liv. ( Synthetic Genome Reboots Cell , Making a Genome Quickly from Scratch ) Som kulmen på ett 15-årigt projekt skapade forskare ett syntetiskt genom och använde det sedan för att starta om en mikrobiell cell.

Med hjälp av en metod utvecklad 2008 , syntetiserade forskarna, ledda av genomikpionjären Craig Venter, genomet från en liten bakterie som heter Mycoplasma mycoides , innehållande drygt en miljon DNA-baspar. Därefter transplanterade de det syntetiska genomet till en besläktad bakterie, Mycoplasma capricolum , i en process som de tidigare hade fulländat använder icke-syntetiska kromosomer.

När väl mottagarcellerna inkorporerade det syntetiska genomet, började de omedelbart utföra instruktionerna som kodas i genomet. Cellerna tillverkas endast M. mycoides proteiner, och inom några omgångar av självreplikation var alla spår av mottagararten borta.

Venter och hans kollegor arbetar nu med Novartis och National Institutes of Health för att anpassa tekniken för att snabbt skapa vacciner mot nya influensavirusstammar.

Dölj