I ett förskott som lovar att underlätta forskning om stamceller och regenerativ medicin, ett team som leds av RIKEN har demonstrerat en icke-invasiv metod för att spåra de kemiska förändringar som följer med omprogrammeringen av somatiska celler till stamceller.

Pluripotenta stamceller är unika genom att de har förmågan att ge upphov till alla celltyper som finns i en vuxen organism, vilket gör dem lovande för nya terapier baserade på regenerativ medicin. De finns i två varianter:embryonala stamceller, som finns naturligt i det utvecklande embryot, och inducerade pluripotenta stamceller (iPSCs), som produceras genom att artificiellt omprogrammera normala celler i den vuxna kroppen med hjälp av biokemiska ingrepp.

För att få en bättre förståelse av celldynamiken under omprogrammeringen för att producera iPSCs, det är viktigt att övervaka de komplexa kemiska förändringar som sker inuti cellerna. Konventionella tekniker för att uppskatta cellkvalitet och fortskridandet av omprogrammering är beroende av destruktiva metoder, som är kostsamma och tidskrävande.

Nu, ett team ledd av Tomonobu Watanabe från RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) har använt en analytisk teknik som kallas Raman-spektroskopi för att övervaka kemiska förändringar i celler. Eftersom den använder en laserstråle och inte kräver märkning av prover, Raman-spektroskopi erbjuder en mindre invasiv, snabbare och billigare alternativ till befintliga metoder.

Ramanspektroskopi mäter molekylers vibrationer genom att övervaka deras interaktion med laserljus. Olika kemiska grupper vibrerar vid olika frekvenser, gör det möjligt för forskare att upptäcka vilka föreningar som finns. "Raman-spektroskopi detekterar molekylära fingeravtryck av celler, säger Arno Germond, även av BDR. "Detta tillåter oss att identifiera och karakterisera de progressiva förändringarna i cellmetabolism under omprogrammering av stamceller från möss och människor."

Teamet undersökte möjligheterna med Raman-spektroskopi genom att använda den för att titta på embryonala stamceller från mus, neuroncellerna de differentierade till, och iPSC:erna som neuroncellerna omprogrammerades för att bilda. "Vi fann att omprogrammering ger en mycket större skillnad i Raman-signalerna än vi hade förväntat oss, " säger Watanabe. Germond och hans kollegor avslöjade bevis för att Raman-spektroskopi ger spektrala biomarkörer som indikerar utvecklingen av omprogrammering. Teamet fann också starka skillnader mellan lipidsignaturerna hos embryonala stamceller och omprogrammerade celler.

"Förutom ovanstående resultat, vi använde intelligenta neurala nätverksalgoritmer anpassade för att läsa Raman-spektroskopidata, vilket är en ganska nyskapande inom området, ", tillägger Germond.

Teamet hoppas nu kunna visa att tekniken kan tillämpas på ett brett spektrum av celler från olika arter. De avser också att undersöka den biologiska grunden för de olika Raman-signalerna.