נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
התפשטות בזמן ובמרחב של זקנה תאית ברקמת לב מהונדסת תלת מימדית
The spatio-temporal spread of cellular senescence in a 3D engineered cardiac tissue
תקציר בעיברית
הזדקנות תאית, מתבטאת כעצירה בלתי הפיכה של חלוקת התא ובשינוי מורפולוגי ופעילותו המטבולית של התא המתרחשים עקב גורמי סטרס שונים המובילים לנזק בדנ"א. ההזדקנות התאית הוכחה כבעלת השפעה כפולה: היא מועילה להתפתחות עוברית, ריפוי פצעים והתחדשות רקמות, אך גם מזיקה וקשורה בצורה ישירה ומשמעותית למגוון מחלות כרוניות ומחלות הקשורות לגיל, כגון מחלות לב וכלי דם. כחלק מהשינויים המורפולוגיים שעוברים תאים מזדקנים, הם מפרישים קומפלקס ייחודי של ציטוקינים פרו-אינפלמטורים, פקטורי גדילה, פרוטאזות לשיפוץ מטריקס ושומנים שנקראים יחד פנוטיפ הפרשה הקשור להזדקנות (SASP). ייצור והפרשה מוגברים של SASP מייצבים את ההזדקנות התאית בצורה אוטוקרינית אך יכולים גם לגרום לנזקי דנ"א והזדקנות בתאים צעירים הסובבים אותם. תופעה זו של הזדקנות פאראקרינית ידועה כאפקט ה- bystander. במחקר זה אנו מתמקדים באפקט ה-bystander ברקמת לב מהונדסת תלת מימדית עקב מחסור ידע בתחום זה. ביצירת הרקמה השתמשנו בתאי iPSCs ערוכים בשיטת TALEN שעברו מיון לפיברובלסטיים לבבים (CFs) וקרדיומיוציטים (CMs) אשר זוקנו באמצעות התרופה הכימותרפית דוקסורוביצין. העריכה הגנטית של התאים באמצעות TALEN מאפשרת מעקב אחר התפשטות ההזדקנות במבנה דמוי רקמה שיצרנו ללא צורך בקיבוע ובפגיעה בתאים, אלא באמצעות מעקב אחר ביטוי RFP אשר נשלט ע"י פרומוטר תלוי זקנה. במהלך מחקר זה, ובמשך ארבעה שבועות, ראינו התפשטות הדרגתית של ביטוי RFP בתאים שכנים. רמות ביטוי RFP עלו במבנים התלת מימדים שיצרנו ושהכילו תאים צעירים וזקנים יחד. ממצאים אלו מאשרים כי אפקט ה-bystander מתרחש גם במבנה תלת מימדי. הבנת אפקט זה במרחב ובזמן פותחת דלת להמשך מחקר של שיטות למניעת התפשטות הזקנה ובעתיד אף בסיוע במציאת טיפולים למחלות לב וכלי דם.
תקציר באנגלית
Cellular senescence, a hallmark of aging, manifests as an irreversible growth arrest that occurs due to different stress factors, which lead to DNA damage. Cellular senescence has been shown to have a dual effect: it is beneficial for embryonic development, wound healing, and tissue regeneration but also harmful and strongly associated with various chronical and age-related diseases, such as cardiovascular diseases. As part of the morphological changes that senescent cells go through, they secrete a unique complex of pro-inflammatory cytokines, growth factors, matrix remodeling proteases and lipids that are called all together senescence-associated secretory phenotype (SASP). Hyper-production and secretion of SASP stabilize senescence in an autocrine way, but can also induce DNA damage and senescence in normal surrounding cells. This phenomenon of paracrine senescence is known as the bystander effect. In this research, we focus on the bystander effect in three-dimensions due to a lack of knowledge in this field. We used TALEN modified iPSCs that were differentiated to cardiac fibroblasts (CFs) and cardiomyocytes (CMs) and were senesced with the chemotherapeutic drug doxorubicin. The genetic modification of the cells with TALEN enables us to track the senescence spread in the engineered cardiac tissue without needing fixation and damaging the cells, via tracking RFP expression which is controlled by a senescence dependent promotor. During this research, and over the course of four weeks, we saw gradual expansion of the RFP signal to neighbouring cells. RFP expression levels were elevated in 3D plugs of the engineered cardiac tissue and contained young and senescent cells in co-culture. These findings confirm that the bystander effect occurs also in a three-dimensional structure. Understanding the bystander effect in a spatio-temporal way can open a door for further research on prevention of the spread and maybe in the future even finding treatments for cardiovascular diseases.