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Les cellules souches masculines peuvent-elles se convertir en cellules d'organes féminins uniquement, et vice versa ?

Les cellules souches masculines peuvent-elles se convertir en cellules d'organes féminins uniquement, et vice versa ?


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Comme nous le savons, les cellules souches peuvent se convertir en différentes cellules d'autres organes, les hommes peuvent-ils utiliser leurs propres cellules souches pour les convertir en cellules d'organes réservés aux femmes (et vice versa) ?


Je suppose que vous parlez de cellules souches embryologiques et de développement embryologique des organes génitaux.

La réponse est non.

Les cellules souches mâles ont des chromosomes XY. Le chromosome Y est le chromosome déterminant le sexe avec le gène SRY qui détermine le développement des testicules. L'absence du chromosome Y conduit par défaut au développement féminin. C'est pourquoi XX forme des femmes et il y a des personnes avec un seul chromosome X qui sont des femmes. (syndrome de Turner)

Il est possible que le gène SRY subisse une mutation et que le gène ne soit pas exprimé. Il existe des maladies liées au chromosome Y.

Vous devriez vous renseigner sur le chromosome Y et le développement des organes génitaux.

https://en.wikipedia.org/wiki/Y_chromosome https://en.wikipedia.org/wiki/Development_of_the_reproductive_system


La FDA met en garde contre les thérapies par cellules souches

Certains patients peuvent être vulnérables aux traitements à base de cellules souches qui sont illégaux et potentiellement dangereux.

Les chercheurs espèrent que les cellules souches seront un jour efficaces dans le traitement de nombreuses affections et maladies. Mais les traitements à base de cellules souches non prouvés peuvent être dangereux, alors renseignez-vous sur tous les faits si vous envisagez un traitement.

Les cellules souches ont été appelées partout, des panacées aux traitements miracles. Mais ne croyez pas le battage médiatique. Certains fournisseurs peu scrupuleux proposent des produits à base de cellules souches qui ne sont ni approuvés ni prouvés. Méfiez-vous donc des procédures potentiellement dangereuses et confirmez ce qui est réellement proposé avant d'envisager tout traitement.

Les faits : Les thérapies par cellules souches peuvent offrir le potentiel de traiter des maladies ou des affections pour lesquelles il existe peu de traitements. Parfois appelées « cellules maîtresses » du corps, les cellules souches sont les cellules qui se développent dans le sang, le cerveau, les os et tous les organes du corps. Ils ont le potentiel de réparer, restaurer, remplacer et régénérer les cellules, et pourraient peut-être être utilisé pour traiter de nombreuses conditions médicales et maladies.

Mais la Food and Drug Administration des États-Unis craint que certains patients à la recherche de remèdes et de remèdes soient vulnérables aux traitements à base de cellules souches illégaux et potentiellement nocifs. Et la FDA renforce sa surveillance et son application pour protéger les gens contre les cliniques de cellules souches malhonnêtes et sans scrupules, tout en continuant à encourager l'innovation afin que l'industrie médicale puisse exploiter correctement le potentiel des produits à base de cellules souches.

Pour faire votre part pour rester en sécurité, assurez-vous que tout traitement par cellules souches que vous envisagez est soit :

  • Approuvé par la FDA, ou
  • En cours d'étude dans le cadre d'une demande d'investigation de nouveau médicament (IND), qui est un plan d'investigation clinique soumis et autorisé par la FDA.

Best of H+ : Changement total de genre en une décennie

[Note de l'éditeur : les développements médicaux récents tels que la croissance d'un vagin en laboratoire, les progrès des prothèses de genre, la création de spermatozoïdes à partir de cellules de la peau, etc. suggèrent que cet article mérite d'être relu et une place dans le Best of H+. ]

Récemment, j'ai fait un pari avec un membre de l'Institute for Ethical and Emerging Technologies. Ce pari lui a semblé être follement optimiste, et il a sauté dessus, pensant que c'était un pari sûr que je perdrais.

Ce pari était que d'ici la fin de cette décennie, la technologie médicale serait capable de changer le sexe de n'importe qui en un sexe opposé, avec des capacités de reproduction complètes du nouveau sexe.

Cela semble probablement aussi extrêmement optimiste pour la plupart d'entre vous, mais pas pour moi. Pour être honnête, je pense que le jeu est empilé en ma faveur. Pourquoi? Parce que nous sommes beaucoup plus près de réaliser cette réalisation que la plupart d'entre vous ne le réalisent probablement.

Pour illustrer, jetez un œil à cet article récent de Wired, qui décrit la capacité actuelle d'utiliser des cellules souches mélangées à la graisse du corps d'un patient pour développer une masse mammaire supplémentaire chez les femmes ou pour faire repousser des seins endommagés par le cancer. Mais cela n'a vraiment pas d'importance, car la véritable avancée est que cela peut être fait pour presque tous les types de tissus. Il en est encore à un stade primitif, mais les scientifiques ont déjà appris à «programmer» les cellules souches pour qu'elles deviennent différents types de tissus. Ils ont fait des progrès dans la réalisation de réparations cardiaques, de tissus hépatiques fonctionnels, de sang, de dents, d'os, de muscles, et ils ont même progressé dans la découverte de la façon de manipuler les cellules souches pour leur permettre de se diviser en continu. Il s'agit d'un petit échantillon des différentes percées réalisées au cours des dernières années dans des centaines de laboratoires du monde entier. Si vous comprenez les implications de tous ces divers articles, il est facile de voir que nous apprenons à programmer les cellules souches pour faire presque tout ce que notre corps les programme pour faire. Chaque étape de l'apprentissage de la programmation des cellules souches conduit à une meilleure connaissance de la façon de les contrôler plus précisément.

Mais les cellules souches ne sont pas à elles seules les seules avancées médicales en cours. Une autre avancée majeure en cours dans le domaine médical réside dans l'amélioration des capacités que nous gagnons en impression 3D. Non seulement nous avons découvert que les cellules souches peuvent être programmées pour réparer les tissus déjà existants, mais nous utilisons des imprimantes à jet d'encre modifiées pour en disposer couche après couche dans un motif, et pour fondamentalement imprimer des tissus biologiques qui vont croître. #8221 ensemble en un orgue complet.

Une autre technique à l'étude est la création de « Legos biologiques » dans lesquels les cellules souches sont intégrées dans un bloc de « colle » qui maintient les cellules ensemble pendant qu'elles forment des liaisons intercellulaires naturelles. Une autre technique consiste à utiliser un « échafaudage » déjà existant et à remplir les espaces avec des cellules souches, en faisant croître un morceau de tissu de forme précise.

Ainsi, non seulement nous apprenons à dire aux cellules souches ce qu'elles doivent devenir, mais nous apprenons également à dicter la forme des tissus. Les implications pour la chirurgie plastique devraient être évidentes. Les cellules souches semblent nous offrir la promesse que nous serons bientôt en mesure de restaurer le corps humain exactement dans l'état où il se trouvait avant la blessure, de nous permettre de faire repousser les membres perdus, de développer des organes de remplacement à la demande et même de reconstruire les membres manquants ou perdus. tissu pour la chirurgie reconstructive. Bientôt, une mastectomie pourrait systématiquement retirer le cancer et reconstruire un sein sain identique à celui retiré. Une crise cardiaque peut conduire à un cœur régénéré en meilleure santé après la crise qu'auparavant, et même des besoins de routine tels que les transfusions sanguines peuvent être effectués en tirant vos propres cellules souches pour créer un approvisionnement personnalisé.

Mais même cela est assez docile une fois que vous combinez les cellules souches avec la complexité croissante de l'automatisation, car un robot chirurgien da Vinci ne restera pas très longtemps sous contrôle humain. Pensez donc à ces articles ci-dessus, à la façon dont nous apprenons à guider les cellules souches pour qu'elles deviennent presque n'importe quel tissu. Pensez au jour où nous pourrons dire aux cellules souches exactement ce qu'elles doivent devenir et se développer sous des formes précises. Pensez ensuite à un autochirurgien connecté à un système de capteurs lui permettant de réaliser une carte complète d'un corps humain en temps réel, puisqu'il est alimenté d'une carte corporelle pour une forme souhaitée. Dans une décennie, un chirurgien plasticien utilisera probablement un logiciel de modélisation corporelle développé par les MMO et la réalité virtuelle pour vous permettre de décider précisément à quoi vous voulez ressembler, puis de superviser l'autochirurgien da Vinci car il utilise votre propre graisse corporelle et les cellules de votre peau pour produire un stock de cellules souches programmables, puis effectuer des centaines voire des milliers de microchirurgies minimalement invasives pour placer ces cellules programmées dans tout votre corps, où elles deviendront une masse musculaire supplémentaire, des seins plus gros, répareront les organes internes endommagés, etc., permettant votre avenir vous avez la possibilité de « remodeler » votre apparence personnelle.

« Mais attendez, dites-vous, « cet article n'était-il pas sur le changement de sexe ? Donc, vous dites que changer de sexe pourrait être fait de cette façon aussi ?

Oui. Cependant, le simple fait de pouvoir contrôler les cellules souches au point de pouvoir dicter le type de cellule qu'elles deviennent et la forme qu'elles auront à maturité n'est pas tout ce qui est impliqué. Il existe des différences supplémentaires qui doivent être prises en compte dans le changement de sexe, telles que les hormones, la fonction biologique et la fonction de reproduction. Mais les chercheurs ont déjà découvert comment dire aux ovaires de devenir des testicules. Bien que ce ne soit pas aussi facile à inverser que vous ne le pensez, car selon cette étude, les ovaires doivent apparemment « se battre » pour rester les ovaires, nous faisons de grands progrès dans la compréhension de ces divers « déclencheurs chimiques et génétiques », y compris des éléments apparemment sans importance comme les déclencheurs qui favorisent la croissance des vaisseaux sanguins vers divers types de tissus. Nous faisons également des progrès dans la création d'ovaires « artificiels » et les cellules souches ont été utilisées avec succès pour donner aux lapins des pénis plus gros.

Cela signifie qu'à mesure que nous apprenons à contrôler ce que devient une cellule souche, nous apprendrons plus que probablement comment leur dire de devenir des structures d'organes spécifiques aux hommes ou aux femmes ainsi que des organes plus génériques. Avec les capacités des imprimantes cellulaires à fabriquer des organes internes, une capacité qui, je pense, remplacera les greffes d'organes d'ici le milieu à la fin de la décennie, la capacité d'imprimer des organes sexuels semble assurée. Ce sont des pénis de lapin maintenant, mais pouvez-vous vraiment croire que les hommes ne paieront pas pour avoir de plus gros organes sexuels encore plus que les femmes ne paient pour avoir de plus gros seins ? Surtout quand il s'agit d'une seule visite chez un chirurgien qui guérira plus vite qu'une vasectomie ?

Donc, dans une décennie, je pense qu'il est fort probable que le patient cherchant à modifier son sexe commence par voir son chirurgien, qui fera un scanner complet de la personne. Cette analyse serait ensuite entrée dans un programme qui permettrait au patient et au chirurgien de transformer le corps du patient en l'apparence précise souhaitée. Une fois la forme du corps définie, le programme déterminerait les changements nécessaires, les quantités et les types de stocks de cellules souches nécessaires, la chirurgie minimale nécessaire pour réacheminer les voies urinaires, les nerfs, etc., puis procéderait à l'extraction des échantillons. nécessaires pour créer des stocks de cellules souches. La création des organes appropriés commencerait alors, en utilisant une imprimante 3D pour créer les tissus nécessaires. Une fois que des stocks suffisants auraient été cultivés, le patient serait placé dans l'autodoc et, sous la supervision du médecin, serait transformé.

Il est possible que même des étapes telles que l'impression des organes ne soient pas nécessaires, car l'autochirurgien pourrait être en mesure de construire les organes nécessaires in situ.

Cette capacité à contrôler les cellules souches est la raison pour laquelle je pense que j'empile le pont. Nous savons déjà assez comment procéder, et la vitesse à laquelle nous progressons, ainsi que les utilisations potentielles des cellules souches contrôlables, en font une technologie médicale qui sera beaucoup plus développée au cours des prochaines années. . La médecine régénérative promet non seulement d'aider à guérir des problèmes tels que les maladies cardiaques et les lésions de la moelle épinière, mais aussi de développer des organes de remplacement, de remplacer les tissus manquants et endommagés, et même de permettre potentiellement des capacités telles que le remplacement de membres manquants. C'est un domaine de recherche d'une importance vitale, et comme le souligne Wired, avec des utilisations aussi "frivoles" que l'amélioration mammaire et l'éventuelle amélioration du pénis si proche du marché, ce sera le plus grand producteur d'argent médical. de la prochaine décennie. Ce n'est qu'une petite partie des nombreuses avancées qui seront réalisées au cours de la prochaine décennie, mais c'est une avancée qui est susceptible de changer considérablement notre dynamique sociale. Contrairement au silicone, il n'y a pas de « contre-nature » à une augmentation mammaire par cellules souches, et je suis certain que la capacité de fabriquer des seins de toute taille émergera probablement avant le milieu de la décennie. Combinez cela avec la capacité de fabriquer de plus gros pénis, ce que je prévois également au milieu de la décennie, et la chirurgie plastique deviendra probablement aussi acceptable que d'avoir une nouvelle coiffure. Au fur et à mesure que nous continuons à progresser et que nous acquérons de nouvelles capacités à utiliser les cellules souches pour guérir, repousser ou remodeler le corps, de plus en plus de personnes sont susceptibles de les utiliser pour se rendre plus attrayantes, améliorer leur corps ou même rajeunir et réparer le effets du vieillissement. Les utilisations potentielles des cellules souches sont énormes et, relativement parlant, changer le sexe d'une personne n'est qu'une petite possibilité sur des milliers.


Induire des cellules gamétiques à partir de cellules souches, et vice-versa - Présentation PowerPoint PPT

Ally Hill le 2 mars 2009. Morgan Batson Biol 430. Robyn Sharma. Résumé de la présentation. Introduction. 1er article (Geijsen et al., 2004) cellules germinales de tige embryonnaire. &ndash Présentation PowerPoint PPT

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Les populations de cheveux progéniteurs sont essentielles pour comprendre la calvitie masculine

On sait que les cellules souches, acteurs clés des processus de régénération dans le corps, jouent un rôle clé dans la fabrication continue de nouveaux cheveux. Ce rôle a suscité un intérêt pour l'étude des cellules souches du follicule pileux afin de mieux comprendre l'alopécie androgénétique (AGA), ou calvitie masculine, le type de perte de cheveux le plus fréquent chez les hommes. Naturellement, les cellules souches du follicule pileux étaient les principaux suspects à l'origine de l'AGA. Cependant, plus tôt ce mois-ci, une étude de George Cotsarelis de la faculté de médecine de l'Université de Pennsylvanie et de ses collègues publiée dans The Journal of Clinical Investigation (Garza et al., 2011) a révélé que les patients atteints d'AGA avaient en fait une quantité normale de cellules souches folliculaires. dans leur cuir chevelu. Étonnamment, il a été découvert que différentes populations de cellules progénitrices, soupçonnées d'être dérivées des cellules souches du follicule pileux, étaient en fait celles qui jouaient un rôle clé dans l'apparition de l'AGA. (Les cellules progénitrices sont comme les cellules souches en ce sens qu'elles peuvent se différencier en différents types de cellules, mais le destin des progéniteurs est plus limité et elles ne peuvent se répliquer qu'un nombre restreint de fois.) En comprenant mieux les types cellulaires exacts impliqués, cela peut aider les chercheurs à concevoir de meilleures thérapies pour le traitement de l'AGA.

Le cycle de vie d'un cheveu : Afin de comprendre l'AGA et le rôle clé nouvellement découvert de ces cellules progénitrices, il est utile de passer d'abord en revue la vie normale d'un cheveu. Dans la peau, chaque poil se trouve à l'intérieur d'un follicule pileux, une petite cavité qui descend à travers la couche de derme et a connecté des glandes sébacées (qui lubrifient les cheveux en sécrétant une substance huileuse) un pili arrecteur (un petit faisceau de muscles qui peut faire les cheveux se dressent) (voir la figure du follicule pileux). Chaque cheveu effectue son propre cycle de vie. La première phase du cycle de vie est appelée anagène, une période de croissance dans laquelle environ 85 % des cheveux sur la tête d'une personne se trouvent à un moment donné. Pendant l'anagène, qui peut durer de deux à six ans pour un cheveu, le cheveu pousse au rythme d'environ cinq pouces par an. Après l'anagène, le cheveu entre dans le catagène, une étape transitoire d'une à deux semaines au cours de laquelle le follicule pileux et la racine rétrécissent tous les deux. Les cheveux entrent alors dans la dernière étape, télogène, qui est une phase de repos qui dure environ cinq à six semaines, pendant laquelle les vieux cheveux ne poussent pas. À la fin du télogène, le follicule pileux réintègre l'anagène, la phase de croissance, et souvent un nouveau cheveu repoussera l'ancien, recommençant le cycle de croissance (Furdon & Clark, 2003 Garza et al., 2011) .

Chaque poil se trouve à l'intérieur d'un follicule pileux, qui descend à travers l'épiderme et le derme de la peau. Les glandes sébacées, qui libèrent des huiles sur les cheveux, et les muscles arrecteurs du pili, qui peuvent faire dresser les poils, sont reliés au follicule. Le renflement est l'endroit où résident la majorité des cellules souches du follicule pileux, et celles-ci peuvent donner naissance à des cellules progénitrices multipotentes.

Alopécie androgénétique : Normalement, les nouveaux cheveux pousseront de la même manière que les précédents. Cependant, avec AGA, ce n'est pas le cas. Dans l'AGA, les follicules pileux deviennent plus petits avec le temps et, par conséquent, produisent des poils de plus en plus petits, éventuellement microscopiques.Comment cela est-il causé? On ne sait pas si bien que la testostérone est nécessaire pour cette miniaturisation (car l'inhibition de la conversion de la testostérone en sa forme active peut retarder la progression de l'AGA), mais on ne sait pas grand-chose d'autre sur les causes de l'AGA (Garza et al., 2011).

Mais même si on ne sait pas ce qui cause l'AGA, les chercheurs ont fait beaucoup de travail pour déterminer quelles cellules souches sont normalement actives dans le follicule pileux. Dans un follicule pileux, il y a des cellules souches qui résident dans une zone appelée "renflement" du follicule pileux, qui est un petit compartiment situé à l'endroit où la gaine externe de la racine rencontre le muscle arrecteur pili (voir la figure du follicule pileux). Les cellules souches du renflement sont des cellules souches épithéliales multipotentes et peuvent devenir ou se différencier en tous les types de cellules épithéliales du follicule (y compris les follicules pileux, l'épiderme et les glandes sébacées) (Oshima et al., 2001). Ils sont intimement impliqués dans le cycle de vie du follicule pileux. Compte tenu de cela, il ne devrait pas être surprenant que si ces cellules souches sont détruites, le follicule pileux l'est également (Ohyama et al., 2006 Ohyama 2007).
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ISC Biology Question Paper 2014 Résolu pour la classe 12

** La réponse n'est pas donnée en raison d'un changement dans le programme actuel.

Partie I
(Essayez toutes les questions)

Question 1.
(a) Mentionnez une différence significative entre chacun des éléments suivants :
(i) Parenchyme et sclérenchyme.
(ii) Épistase et dominance.
(iii) Hormones de la phase ovulatoire et hormones de la phase lutéale.
(iv) Mouvement symplastique et mouvement apoplastique.
(v) Phénotype et génotype.

(b) Donnez les raisons suivantes :
(i) Les testicules descendent dans le scrotum avant la naissance.
(ii) La croissance secondaire ne se produit pas dans les tiges des monocotylédones.
(iii) Les engrais azotés ne sont pas appliqués dans les champs où poussent des légumineuses.
(iv) Le code génétique est « universel ».
(v) À des températures plus élevées, les plantes vertes commencent à dégager du CO2 au lieu de 02.

(c) Chacune des questions/énoncés suivants a quatre réponses suggérées. Réécrivez la bonne réponse dans chaque cas. [5]
(i) La typhoïde est classée comme :
(A) Maladie virale
(B) Trouble génétique
(C) Maladie bactérienne
(D) Maladie protozoaire

(ii) Le coton Bt est résistant à :
(A) Insectes
(B) Herbicides
(C) Sel
(D) Sécheresse

(iii) Les racines et les pousses s'allongent grâce à l'activité de :
(A) méristème apical
(B) Cambium vasculaire
(C) méristème latéral
(D) Liège cambium

(iv) Une protéine antivirale libérée par les cellules infectées et mourantes est :
(A) Antigène
(B) Anticorps
(C) Antisérum
(D) Interféron

(v) L'ouverture et la fermeture des stomates sont dues à
(A) Ca 2+
(B) Non +
(C) K +
(D) CL

(d) Indiquez la contribution la plus connue de : [3]
(i) Alec Jeffery
(ii) P.K. Séthi
(iii) Hugo de Vries

(e) Développez ce qui suit :
(i) SCID
(ii) ZIFT
Réponse:
(une)

Parenchyme Sclérenchyme
(i) Tissu végétal mou fondamental constitué de cellules à parois minces qui constituent la majeure partie des feuilles, des racines, de la moelle de la tige et de la pulpe des fruits. Tissu végétal de renforcement mécanique ou de soutien constitué de cellules longues ou de fibres à paroi épaisse et de sclérites à cellules courtes.
Épistase Dominance
(ii) Dans ces deux paires de gènes non alléliques sont impliquées, une paire de gènes inhibe l'expression d'un autre gène non allélique. Sur une paire de gènes alléomorphes, celui qui apparaît dans la génération Fj, est appelé dominant et le phénomène est appelé dominance.
Hormones de la phase ovulatoire Hormones de la phase lutéale
(iii) L'œstrogène et l'hormone lutéinisante provoquent l'ovulation et provoquent le développement d'un follicule de Graaf vide en un corps jaune qui produit de la progestérone. L'hormone de progestérone stimule le développement de la muqueuse utérine avant l'implantation d'un ovule fécondé.
Mouvement symplastique Mouvement apoplastique
(iv) L'eau se déplace de cellule en cellule dans le cytoplasme via les membranes plasmiques et les plasmodesmes. L'eau se déplace de cellule en cellule via des espaces dans les parois cellulaires externes de la cellulose.
Phénotype Génotype
(v) Ce sont les caractères observables de l'extérieur, contrôlés par les gènes C'est la constitution génétique d'un organisme par rapport à un caractère.

(b) (i) La formation de spermatozoïdes nécessite une température inférieure de quelques degrés à la température corporelle normale. Le scrotum n'a presque pas d'isolant gras, il maintient donc les testicules à une température plus fraîche. De plus, la contraction ou la relaxation des muscles du scrotum déplace les testicules près ou loin de la chaleur du corps en fonction des températures environnementales.

(ii) La croissance secondaire ne se produit pas dans la tige de monocotylédone car elle ne contient pas le tissu méristématique-cambium, qui est responsable de la croissance secondaire des plantes. Les faisceaux vasculaires sont fermés.

(iii) Les engrais azotés ne sont pas nécessaires dans les champs où poussent des légumineuses car ces plantes ont des nodules racinaires contenant des bactéries fixatrices d'azote. Ils transforment l'azote de l'air du sol en nitrates qui sont utilisés par ces plantes. Les nitrates se mélangent au sol lorsque ces plantes sont enfouies.

(iv) Le code génétique est universel, triplet car il se compose de trois des quatre bases azotées - adénine, guanine, thymine et cytosine. Ces quatre bases dans différentes combinaisons de triplets de tous les différents types de protéines, formées par codage génétique.

(v) À des températures plus élevées et une concentration élevée en oxygène, le CO2 peut être libéré par certaines plantes au lieu d'O2 parce que l'enzyme principale de la photosynthèse -RuBP-carboxylase ou Rubisco fonctionne comme RuBP-oxygénase. Il divise RuBP en PGA et en acide phosphoglycolique. Ce dernier est changé en acide glycolique puis en glycine. Dans les mitochondries, la glycine forme de la sérine et du CO2, qui est libéré. Ce processus est appelé photorespiration. Il subit la photosynthèse.

(c) (i) Maladie bactérienne.
(ii) Insectes.
(iii) méristèmes apicaux.
(v) K +
(iv) Interféron.

(d) (i) empreintes génétiques.
(iii) A donné le terme mutation.
(ii) Développé « Jaipur foot.

(e) (i) Déficit immunitaire combiné sévère.
(ii) Transfert intrafallopien de Zygote.

Partie II (50 points)
Section-A
(Répondez à deux questions)

Question 2.
(a) Décrivez l'expérience de Miller et Urey sur l'origine de la vie. [3]
(b) Définir ce qui suit : [2]
(i) Mutations de décalage de cadre.
(ii) Dérive génétique.
Réponse:
(a) Le concept d'Oparin-Haldane de la base biochimique de l'origine de la vie a été mis à l'épreuve par Stanley Miller et Harold C. Urey (1953) en laboratoire en créant les conditions probables de la terre primitive. Ils ont conçu leur appareil de tubes et flacons en verre comme indiqué sur la figure et ont créé une atmosphère contenant de l'hydrogène, de l'ammoniac, du méthane et de la vapeur d'eau dans une chambre de l'appareil et ont permis aux liquides condensés de s'accumuler dans une autre chambre. L'énergie était fournie en chauffant la chambre contenant le liquide ainsi que par des étincelles électriques provenant d'électrodes dans la chambre gazeuse. L'expérience a été menée en continu pendant une semaine, puis ils ont analysé la composition chimique du liquide à l'intérieur de l'appareil. Ils ont découvert que le liquide contenait un grand nombre de composés organiques complexes, dont certains acides aminés tels que la glycine, l'adénine et l'acide aspartique.

Cependant, à partir du résultat de cette expérience, ils ont suggéré que la décharge électrique, produite lors de la foudre dans l'atmosphère primitive de la terre contenant de l'hydrogène, de l'ammoniac, de l'azote et de la vapeur d'eau aurait pu entraîner la formation d'acides aminés et d'autres éléments organiques essentiels ( sucres, nucléotides, etc.) d'organismes vivants et éventuellement ceux-ci auraient ainsi pu former la vie sur la terre primitive. Ainsi, l'expérience de Miller et Urey apporte un support au concept biochimique d'origine de la vie d'Oparin et Haldane.

(b) (i) Une mutation de décalage du cadre de lecture est une mutation génétique causée par une délétion ou une insertion d'une seule base dans une séquence d'ADN (code) qui modifie la façon dont la séquence est lue.
(ii) La dérive génétique fait référence au changement d'un type et de la fréquence des gènes dans une population en raison d'un événement aléatoire.

Question 3.
(a) Nommer et définir les trois types de sélection naturelle. [3]
(b) Indiquez ce qui suit : [2]
(i) Principe de Hardy-Weinberg
(ii) Théorie de la récapitulation.
Réponse:
(a) Trois types de sélection naturelle sont f
(1) Sélection stabilisatrice ou équilibrante : Elle conduit à l'élimination des organismes ayant des caractères surspécialisés et maintient une population homogène et génétiquement constante. Il favorise les phénotypes moyens ou normaux tout en éliminant l'individu à expression extrême, par exemple la drépanocytose chez l'homme.

(2) Direction ou sélection progressive : Dans cette sélection, la population évolue vers une direction particulière en même temps que le changement d'environnement. Au fur et à mesure que l'environnement subit un changement continu, l'organisme ayant acquis de nouveaux caractères survit et d'autres sont éliminés, par exemple le mélanisme industriel.

(3) Sélection perturbatrice ou diversifiante : C'est un type de sélection naturelle qui favorise l'expression extrême de certains traits pour augmenter la variance dans une population. Il divise une population homogène en de nombreuses formes adaptées et aboutit à un polymorphisme équilibré, par exemple, trois types d'escargots en mer.

(b) (i) Les principes de Hardy-Weinberg stipulent que les fréquences d'allèles et de génotypes dans une population resteront constantes d'une génération à l'autre en l'absence d'autres influences évolutives.
(ii) Il déclare que l'ontogenèse récapitule la phytogénie. Cela signifie que les embryons, dans leur développement, répètent l'histoire évolutive de leurs ancêtres sous une forme courte et abrégée.

Question 4.
(a) Mentionnez les caractéristiques importantes de l'homme de Néandertal. [3]
(b) Que sont les organes homologues ? Comment aident-ils à fournir des preuves de l'évolution organique ? [2]
Réponse:
(a) Un homme de Néandertal typique avait

  • Hauteur inférieure à 150 cm.
  • Fortement construit avec des os de cuisse forts et incurvés vers l'extérieur.
  • Capacité crânienne de 1450 cm3.
  • Arêtes sourcilières proéminentes.
  • Crâne à os épais, déprimé et protubérant derrière.
  • Le front était bas et incliné.
  • Outils en silex conçus et utilisés.
  • Vivaient dans des grottes et utilisaient de la peau d'animal pour se couvrir.
  • Enterré leurs morts avec des cérémonies.

(b) Les organes ayant des fonctions différentes mais ayant une origine et un développement embryogènes similaires et ayant des relations similaires avec des organes adjacents sont appelés organes homologues.

Ils indiquent une relation étroite entre leurs possesseurs, par exemple, les membres antérieurs de l'homme, l'aile d'oiseau, la jambe de cheval et la nageoire d'un phoque sont tous apparemment différents les uns des autres dans la structure et la fonction, mais ils sont tous construits sur le même plan pentadactyle, ayant le même nombre d'os, de muscles, de vaisseaux sanguins et de nerfs disposés selon le même schéma et développés de manière similaire. Par conséquent, l'explication la plus raisonnable est que les membres antérieurs de tous ces animaux ont été hérités il y a longtemps d'un ancêtre commun.

Section-B
(Répondez à deux questions)

Question 5.
(a) Décrivez les différents types de faisceaux vasculaires. [4]
(b) Donnez trois différences anatomiques entre une racine monocotylédone et une racine dicotylédone. [3]
(c) Expliquez l'effet de la lumière et de la température sur la photosynthèse. [3]
Réponses:
(a) Il existe principalement trois types de faisceaux vasculaires :
(i) Radial : Ce sont les faisceaux vasculaires dans lesquels le xylème et le phloème se trouvent radialement côte à côte (par exemple, dans les racines des plantes à graines). Cela se trouve dans les racines.

(ii) Conjoint : Ceux dans lesquels les deux types de tissus vasculaires se trouvent sur le même rayon. Ici, le xylème et le phloème forment ensemble un faisceau. Ils sont de deux sous-types :
(a) Garantie, et
(b) Bicollatéral.

(a) Collatéral: Le xylème et le phloème se trouvent ensemble sur le même rayon dans la position où le xylème se trouve vers l'intérieur et le phloème vers l'extérieur. Dans la tige dicotylédone, le cambium est présent entre le xylème et le phloème, de tels faisceaux sont appelés ouverts (par exemple, chez Helianthus), et dans les tiges monocotylédones, le cambium est absent, il est appelé fermé

(b) Bicollatéral : Dans de tels faisceaux vasculaires, le phloème est présent des deux côtés du xylème. Simultanément, deux bandes de cambium apparaissent également. Divers éléments d'un faisceau sont disposés dans l'ordre suivant : phloème externe, cambium externe, xylème, cambium interne et phloème interne. De tels faisceaux se trouvent couramment dans les membres de la famille des Cucurbitacées. Ces paquets sont toujours ouverts.

(iii) Concentrique : Dans ce type, un type de tissu vasculaire entoure l'autre. Les faisceaux concentriques peuvent être de deux sous-types, amphivasal et amphicribal. Dans le faisceau amphivasal, le xylème entoure le phloème trouvé chez Dracaena, Yucca et autres monocotylédones et quelques dicotylédones. Si le phloème entoure le xylème, il est alors appelé amphicribal comme on le trouve dans de nombreuses fougères. De tels faisceaux concentriques sont toujours fermés.

  1. Le cortex est relativement étroit.
  2. Parenchyme du phloème présent.
  3. L'endoderme est moins épais et les bandes caspariennes sont plus proéminentes.
  4. Le nombre de faisceaux vasculaires est de 2 à 3, 6 ou rarement 8.
  5. Les éléments Xylem sont polygonaux.
  6. La moelle est la plupart du temps absente.
  1. Le cortex est large.
  2. Parenchyme du phloème absent.
  3. Endoderme invisible uniquement dans la jeune racine.
  4. Les faisceaux vasculaires sont nombreux.
  5. Les éléments Xylem sont ovales ou ronds.
  6. La moelle est toujours présente.

(c) (i) Lumière : L'intensité de la lumière affecte le taux de photosynthèse et contrôle ainsi le taux de production d'ATP et de NADPH2. Une augmentation de l'intensité lumineuse augmentera le taux de photosynthèse (si aucun autre facteur n'est limitatif). Au-delà de l'intensité de saturation lumineuse, l'augmentation de l'intensité lumineuse n'augmente pas le taux de photosynthèse. L'intensité de la lumière à laquelle le CO2 utilisé dans la photosynthèse est égal à celui libéré pendant la respiration est appelée le point de compensation de la lumière. Le taux de photosynthèse ne dépend pas de la durée de la lumière, mais la quantité de glucides produite dépend de la durée de la lumière. La qualité de la lumière affecte également le processus car elle ne se produit que dans la partie visible du spectre, c'est-à-dire les longueurs d'onde de 380 nm à 760 nm. Cela n'a généralement pas lieu dans les rayons ultraviolets et infrarouges, car ces rayons sont nocifs pour le protoplasme. Le taux de photosynthèse le plus élevé est dans la lumière rouge suivie de la lumière bleue tandis que la lumière verte est la moins efficace dans la photosynthèse car la majeure partie est réfléchie.

(ii) Température : La température ainsi que d'autres conditions environnementales affectent la photosynthèse de plusieurs manières. À basse température, le taux de photosynthèse est faible car les enzymes sont affectées défavorablement. A haute température également, les enzymes se dénaturent et le taux de photosynthèse diminue. La plage de température optimale pour la photosynthèse est de 20 °C à 35 °C. Jusqu'à 35°C, le processus montre une augmentation progressive avec l'élévation de la température et cette augmentation suit la loi de Hoff, selon laquelle la vitesse de réaction chimique double pour chaque élévation de température de 10°C d'autres facteurs ne sont pas limitatifs.

Question 6.
(a) Expliquez la théorie de l'attraction de la transpiration pour l'ascension de la sève. [4]
(b) Expliquer le processus de la spermatogenèse chez l'homme. [3]
(c) Définir ce qui suit : [3]
(i) Placentation
(ii) Parthénocarpie
(iii) Diffusion
Réponse:
(a) Cohesion and Transpiration Pull Theory : Cette théorie a été proposée pour la première fois par Dixon et Jolly (1894) et est basée sur les caractéristiques suivantes :
(i) Cohésion et adhérence : L'attraction mutuelle entre les molécules d'eau est appelée cohésion. Les parois des trachéides et des vaisseaux du xylème sont constituées de lignine et de cellulose et ont une forte affinité pour l'eau (adhérence).

(ii) Tension : La traction de transpiration développe une pression négative ou une tension dans la sève du xylème qui est transmise jusqu'à la racine.

Les parois humides des cellules du mésophylle des feuilles perdent de la vapeur d'eau vers les espaces intercellulaires. Une quantité suffisante d'eau est transpirée à travers les espaces intercellulaires des cellules du mésophylle à travers les stomates. En effet, l'air sec à l'extérieur de la feuille a un potentiel hydrique inférieur à celui de l'air humide de la feuille, par conséquent l'eau se diffuse hors des stomates et le déficit de pression de diffusion (DPD) augmente. En conséquence, plus d'eau est aspirée du mésophylle interne adjacent. cellules et finalement du tissu du xylème. Cette tension est transmise jusqu'aux racines.

La colonne d'eau ne se rompt pas en raison des forces de cohésion et d'adhérence.

(b) Le processus de spermatogenèse se produit dans les gonades-testicules mâles. Les testicules sont constitués de nombreux tubules séminifères bordés par l'épithélium germinal. Les cellules de la couche germinale se divisent pour former des spermatozoïdes selon les quatre étapes suivantes :

(1) Spermatocytogenèse : Les cellules épithéliales germinales qui entrent dans le processus de spermatogenèse sont appelées cellules germinales primaires. Chaque cellule primaire par divisions mitotiques répétées donne naissance à un certain nombre de cellules (non spécialisées) appelées spermatogonies. Ils continuent également à se diviser et entrent dans la phase suivante.
Phase de croissance : Les spermatogonies grossissent et grossissent. Chaque spermatogonie se divise par mitose pour former deux spermatocytes primaires qui sont diploïdes et reliés par leur cytoplasme. Les spermatocytes primaires subissent une méiose.

(2) Méiose I : Les spermatocytes primaires subissent la 1ère division méiotique ou de maturation, formant chacun deux spermatocytes secondaires haploïdes (x).

(3) Méiose II : Les spermatocytes secondaires subissent une division méiotique et produisent deux spermatides. Une spermatide est une cellule ronde avec un noyau sphérique.

(4) Spermiogenèse : C'est le processus de transformation d'une spermatide circulaire en un spermatozoïde. Dans ce processus, le noyau de la spermatide devient la tête du sperme, l'appareil de Golgi, contenant des enzymes protéolytiques, devient la coiffe de l'acrosome, les mitochondries forment la partie médiane et le centrosome forment la queue.

(c) (i) Placentation : C'est la disposition des ovules à l'intérieur de l'ovaire.
(ii) Parthénocarpie : La formation de fruits sans fécondation est appelée parthénocarpie, par exemple Banane.
(iii) Diffusion : C'est le mouvement de molécules ou d'ions solides, liquides ou gazeux de leur concentration la plus élevée vers leur zone de concentration la plus faible.

Question 7.
(a) Pourquoi le xylème et le phloème sont-ils classés comme des tissus complexes ? Décrivez la structure du phloème. [4]
(b) Décrivez l'ultrastructure du chloroplaste. [3]
(c) Citez trois fonctions du placenta. [3]
Réponse:
(a) Le xylème et le phloème sont appelés tissus complexes car ils sont formés de plus d'un type de cellules. Le xylème est composé de trachéides, de trachées, de parenchyme de xylème et de fibres de xylème. Les trachéides et les trachées (vaisseaux) sont appelées éléments conducteurs.

Le phloème est composé de quatre types de cellules :

(i) Éléments criblés : Dans les plantes vasculaires inférieures, des structures unicellulaires appelées cellules criblées sont présentes tandis que les Angiospermes ont les membres du tube criblé multicellulaire. Ce sont de longs canaux tubulaires. Ils sont formés de cellules vivantes allongées sans noyau et disposées bout à bout en rangées verticales.Les parois d'extrémité des tubes criblés individuels sont perforées par nombre de pores. Les parois d'extrémité des cellules criblées sont appelées plaques criblées. Ces plaques relient les cellules de tamis adjacentes pour former un canal continu à longue distance pour le transport des matières alimentaires.

(ii) Cellules compagnes : Les membres du tube criblé des angiospermes sont accompagnés de cellules du parenchyme hautement spécialisées appelées cellules compagnes. Ils sont en contact avec le cytoplasme des membres du tube criblé par des plasmodesmes dans leurs parois minces.

Les cellules compagnes ont un noyau, un cytoplasme richement granuleux et des vacuoles. Ils contrôlent les activités des membres du tube criblé.

(iii) Parenchyme du phloème : Les cellules du parenchyme du phloème sont vivantes, à paroi mince et les plus simples. Ils contiennent de l'amidon, des tanins et des cristaux. Ces cellules remplissent la fonction de stockage et de translocation latérale des substances alimentaires.

(iv) Fibres de phloème : Les fibres de phloème ou cellules de sclérenchyme sont les composants du phloème. Les fibres peuvent être cloisonnées ou non cloisonnées et peuvent être mortes ou non vivantes à maturité. Ils fournissent un support mécanique au corps de la plante.

(b) Le chloroplaste est une structure ovale entourée de deux membranes unitaires séparées l'une de l'autre par un espace appelé espace périplastidial. À l'intérieur, le chloroplaste est une structure en forme de disque, le grana est noyé dans une matrice incolore appelée stroma.

Chaque granum est constitué d'un empilement de compartiments fermés appelés thylakoïdes. Chaque thylakoïde se compose de deux membranes parallèles jointes à leurs marges. Les membranes des thylakoïdes contiennent des couches de particules appelées quantasomes (unités de photosynthèse). Chaque quantasome contient 230 molécules de chlorophylle. Dans le stroma, il existe de nombreuses membranes parallèles les unes aux autres sur toute la longueur du chloroplaste, appelées lamelles.

Différents grana sont reliés les uns aux autres par une connexion tubulaire appelée stroma lamelles. Chaque chloroplaste contient près de 40 à 60 grana incrustés dans le stroma.

Les grana sont les sites de la réaction lumineuse et le stroma est le site de la réaction sombre de la photosynthèse.

(c) Chez les mammifères, le placenta remplit les fonctions suivantes :

  1. Il aide à la nutrition de l'embryon car les nutriments tels que les acides aminés, les monosucres, les vitamines, etc., se diffusent du sang maternel dans le sang fœtal à travers le placenta.
  2. Il aide à la respiration de l'embryon car le 02 du sang maternel et le C02 du sang fœtal se diffusent à travers le placenta.
  3. Il aide également à l'excrétion de l'embryon car les déchets azotés du sang fœtal comme l'urée se diffusent dans le sang maternel à travers le placenta.
  4. Il agit également comme une glande endocrine car il sécrète certaines hormones comme l'œstrogène, la relaxine, la progestérone et la gonadotrophine chorionique humaine (HCG).

Section-C
(Répondez à deux questions quelconques>

Question 8.
(a) Décrivez l'expérience réalisée par Griffith. Quelles conclusions a-t-il déduit de ses observations ? [4]
(b) Qu'est-ce que l'insémination artificielle? Mentionnez deux façons dont il est utile dans l'élevage d'animaux laitiers. [3]
(c) Qu'est-ce qu'une protéine unicellulaire? Donnez sa source et sa signification. [3]
Réponse:
(a) La bactérie Diplococcus pneumoniae provoque une pneumonie chez l'homme. Frederick Griffith a observé deux souches de cette bactérie. Une souche a un polysaccharide formant une grande capsule autour de la cellule appelée les types lisses (S). La colonie de ces cellules a un aspect lisse. Les autres cellules bactériennes souches n'ont pas la capsule polysaccharidique et la colonie formée par ces cellules a un aspect irrégulier et est appelée le type rugueux (R). La souche S est virulente tandis que la souche R est non virulente.

Dans ses expériences, Griffith a injecté à des souris des bactéries vivantes de type R. Ils n'ont pas développé la maladie. Lorsqu'il a injecté une bactérie de type « S », les souris ont développé la maladie et sont mortes. Cependant, lorsque des bactéries de type S tuées par la chaleur ont été injectées aux souris, elles n'ont pas développé de pneumonie. Cependant, lorsqu'il a injecté aux souris un mélange de type R vivant (non virulent)

avec des bactéries de type S (virulentes) tuées par la chaleur, les souris ont développé la maladie et sont mortes. Griffith a observé que dans le sang des souris mortes, des bactéries de type R et S étaient présentes. Il a ainsi conclu que les bactéries de type lisse tuées par la chaleur provoquaient une transformation du type vivant rugueux en bactéries vivantes de type S. Des expériences ultérieures par d'autres scientifiques ont suggéré que l'ADN et non les protéines est le matériel génétique.

(b) L'insémination artificielle est effectuée pour obtenir une meilleure variété d'animaux. Dans cette méthode, le sperme du type d'animal souhaité (par exemple, taureau) est collecté et conservé par des méthodes chimiques ou par congélation. Cette semence conservée est ensuite injectée dans le tractus génital de la vache choisie pendant sa période de fertilité maximale. Le processus de reproduction normal se produit alors et la descendance ainsi obtenue est un hybride des caractères souhaités.

L'insémination artificielle est utile chez les animaux reproducteurs car :

  1. C'est économique car le sperme d'un animal souhaité, par exemple un taureau, peut être transporté vers des endroits éloignés tandis que le transport de l'animal n'est pas facile.
  2. De la semence de haute qualité est disponible tout le temps, mais un taureau de haute qualité peut ne pas être disponible tout le temps et partout.

(c) La protéine unicellulaire (SCP) fait référence aux cellules microbiennes séchées ou à la protéine totale extraite de la culture cellulaire microbienne pure. SCP n'est pas une protéine pure. Il désigne les cellules entières de bactéries, levures, champignons filamenteux ou algues. Il contient également des glucides, des lipides, des acides nucléiques, des sels minéraux et des vitamines. La composition dépend de l'organisme et du substrat sur lequel il se développe, sources – Chlorella (algues), Rhodopseudomonas capsulate (bactéries), Trichoroderma (champignons). Signification SCP peut être utilisé comme complément alimentaire pour l'alimentation humaine ou animale. Il a une application dans la nutrition animale comme les veaux d'engraissement, la volaille et l'élevage de poissons. Dans l'alimentation, il est utilisé comme porteur d'arômes, porteur de vitamines, auxiliaires émulsifiants et pour améliorer la valeur nutritionnelle des produits de boulangerie, des soupes, dans les plats cuisinés et dans le domaine technique de la transformation du papier, de la transformation du cuir et comme stabilisateurs de mousse.

Question 9.
(a) Comment Hershey et Chase ont-ils prouvé que l'ADN est le matériel génétique ? [4]
(b) Donnez une application principale de chacun des éléments suivants : [3]
(i) IRM
(ii) Échographie
(iii) ECG
(c) Expliquer le rôle des cellules souches dans le traitement médical. [3]
Réponse:
(a) Alfred Hershey et Martha Chase ont mené des expériences sur le bactériophage du virus T2 qui attaque la bactérie commune Escherichia coli. Le bactériophage a deux composants chimiques, à savoir la protéine et l'ADN. Les protéines forment les structures externes telles que les fibres de la tête, de la gaine et de la queue et une molécule d'ADN se trouve dans la tête. Le phage attaque E. coli en se fixant avec ses fibres de queue à la paroi bactérienne et en injectant son matériel génétique dans la cellule bactérienne pour produire de nouveaux phages.

Hershey et Chase ont marqué séparément les composants ADN et protéines du phage avec des traceurs radioactifs spécifiques, puis ont suivi ces composants tout au long du cycle de vie du phage. Ils ont développé deux souches du virus, l'une avec une protéine marquée et l'autre avec de l'ADN marqué. Presque toutes les protéines contiennent du soufre qui ne se trouve pas dans l'ADN, tandis que toutes les molécules d'ADN contiennent du phosphore qui ne se trouve pas dans les protéines. Les phages T2 cultivés en présence de soufre radioactif (35S) ont des protéines marquées et les phages T2 cultivés en présence de phosphore radioactif (32P) ont un ADN marqué.

Après avoir développé ces souches, Hershey et Chase ont permis à chaque souche d'infecter la bactérie. Peu de temps après l'infection, les cellules bactériennes ont été doucement agitées dans un mélangeur pour séparer les particules de phage adhérentes. Il a été observé que seul le 32P radioactif a été trouvé dans les cellules bactériennes et que le 32S n'était présent que dans les enveloppes virales du milieu environnant et non à l'intérieur des cellules bactériennes. Lorsqu'ils ont étudié la descendance virale pour la radioactivité, il a été constaté qu'elle n'avait que du 32P et pas de 35S.

Les résultats montrent clairement que seul l'ADN est le matériel génétique et non l'enveloppe protéique.

(b) (i) Cartographie IRM des tissus cérébraux et étude du métabolisme tissulaire.
(ii) Échographie – Utilisé dans le diagnostic de diverses maladies du cœur, de la vésicule biliaire, du foie, du pancréas, de l'utérus et des ovaires.
(iii) ECG – Diagnostic de diverses maladies cardiaques comme la thrombose coronarienne, l'ischémie myocardique, etc.

(c) Les cellules souches se trouvent dans tous les organismes multicellulaires et sont capables de se diviser pour former de nouvelles cellules qui peuvent être différenciées en divers types de cellules spécialisées.

Rôle des cellules souches dans le traitement médical :

  1. Les cellules souches ont été utilisées pour le traitement de divers cancers comme la leucémie et le lymphome.
  2. Il peut également être utilisé pour le traitement de maladies auto-immunes graves comme la sclérose en plaques.
  3. L'étude des cellules souches embryonnaires humaines fournira des informations sur les événements complexes qui se produisent au cours du développement humain.
  4. Les cellules souches embryonnaires peuvent être dirigées pour se différencier en types de cellules spécifiques, offrir la possibilité d'une source renouvelable de cellules et de tissus de remplacement pour traiter des maladies comme la maladie d'Alzheimer, les lésions de la moelle épinière, les accidents vasculaires cérébraux, les brûlures, le diabète, l'arthrite et les maladies cardiaques.

Question 10.
(a) Rédigez de brèves notes sur : [4]
(i) Allèles multiples
(ii) Mesures artificielles pour contrôler la population.
(b) Quelles complications surviendront si le sang d'une personne Rh positif est transfusé à une personne Rh négatif et vice versa ? [3]
(c) Énoncez trois objectifs du projet sur le génome humain. [3]
Réponse:
(a) (i) Allèles multiples : La plupart des gènes se présentent sous deux formes alternatives, toutes deux contrôlant le même caractère et occupant le même locus dans les chromosomes homologues. Ces différentes formes du même gène sont appelées allèles. Cependant, certains gènes peuvent se présenter sous plus de deux formes alléliques et ils sont appelés allèles multiples. Un ensemble de tels allèles multiples peut contenir de 3 à 20 membres ou même plus qui occupent le même locus dans des chromosomes homologues. Dans un tel ensemble d'allèles multiples, un membre est toujours dominant et un récessif à tous les autres. Un individu ne porte que deux de ces allèles, par exemple, les groupes sanguins ABO.

(ii) Méthode artificielle pour contrôler la population : Les méthodes naturelles de con-traception peu fiables et remplacées par des méthodes artificielles :

(a) Pilules contraceptives : Les pilules contraceptives qui contiennent des hormones empêchent une femme de tomber enceinte si elles sont utilisées régulièrement. Les pilules contraceptives aident également les femmes à avoir des cycles menstruels réguliers et réduisent les risques d'anémie.

(b) Contraception barrière : Les barrières les plus populaires sont le préservatif et le diaphragme qui maintiennent le sperme en contact avec les ovules dans le système reproducteur féminin.

(c) Dispositif intra-utérin (DIU) : C'est un petit dispositif placé dans l'utérus pour empêcher la grossesse. Une fois que le DIU médicamenteux est en place, il peut fournir un contrôle des naissances pendant 5 à 10 ans.

(d) Injection pour le contrôle des naissances : La vaccination est une autre méthode de contrôle des naissances. Ce vaccin est efficace pendant trois mois et doit être appliqué quatre fois par an.

(b) Le facteur Rh ou l'antigène Rh a été signalé pour la première fois dans les globules rouges de singes rhésus par Landsteiner. Plus tard, il a été trouvé dans la plupart de la population humaine. 85-99% de la population, selon la race, a le facteur Rh, donc Rh + ve. Il n'y a pas d'anticorps contre l'antigène Rh dans le corps humain. L'antigène Rh est produit en raison d'un gène dominant, par conséquent les individus Rh + ve sont présentés comme RR ou Rr avec Rh-ve comme rr.

Le sang Rh-ve peut être donné en toute sécurité à un individu Rh + ve. Mais lorsque du sang Rh + ve est transfusé à une personne Rh - ve, alors lors de la première transfusion, il n'y a pas de complexité due à l'absence d'anticorps Rh dans le sang du receveur mais cette transfusion induit la synthèse d'anticorps dans le sang du receveur. En cas de deuxième transfusion de sang Rh (+ ve) à une personne Rh (- ve), les globules rouges du sang du donneur commencent à s'agglomérer en raison de la présence d'anticorps précédemment formés dans le sang du receveur, provoquant ainsi la mort du receveur. Par conséquent, le facteur Rh doit être déterminé avant toute transfusion sanguine.

(c) Human Genome Project (HGP) est un programme de recherche international visant à analyser le matériel génétique complet de l'être humain ainsi que des animaux de laboratoire sélectionnés. L'objectif de HGP est de décoder le matériel ADN complet ou le génome des êtres humains d'ici 2003 et de les rendre accessibles pour une étude biologique ultérieure.


Remerciements

Nous remercions Ansgar Klebes, Ed Laufer, Jean Maines, Jessica Treisman, Ting Xie, le Bloomington Drosophile Stock Center, Tsinghua Fly Center, Vienne Drosophile RNAi Center (VDRC) et Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) pour les stocks de mouches ou les anticorps, Ansgar Klebes pour la communication de données non publiées et Kyra Yang pour la relecture du manuscrit.

Contributions d'auteur

Xuewen Li, F.Y., B.D. et R.X. conçu et conçu les expériences et analysé les données Xuewen Li, F .Y., H.C., B.D. et Xinghua Li ont réalisé les expériences R.X. écrit le manuscrit.

Ce travail a été soutenu par le ministère des Sciences et de la Technologie de la République populaire de Chine National Basic Science 973 subventions [2011CB812700 et 2014CB850002].


Une meilleure infusion

Les progrès des milieux de culture cellulaire signifient que les scientifiques savent de plus en plus ce qui est entré dans le mélange, et les cellules profitent d'un environnement plus naturel, même en laboratoire.

Les cellules qui se développent dans le laboratoire font des chercheurs heureux. Et vice versa : les expériences de biologie peuvent s'arrêter si les chercheurs ne parviennent pas à faire pousser leurs cultures cellulaires dans le bon milieu nutritif.

C'est pourquoi le marché de ces milieux de culture est dynamique, avec des dizaines de mélanges commerciaux et maison disponibles pour aider les biologistes à faire face à tous les différents types de cellules que leurs expériences pourraient nécessiter. Mais bien que le domaine de la culture cellulaire puisse s'appuyer sur des générations d'expérience, faire le bon choix de milieu est toujours plus un art qu'une science.

Même de légères différences de support peuvent avoir un impact important sur les cellules, souvent sans raison claire. De nombreux scientifiques mélangent leurs propres milieux de culture, mais cela peut entraver la reproductibilité des découvertes scientifiques. John Masters, pathologiste expérimental à l'University College London et éditeur de nombreux livres sur la culture de cellules animales et humaines, explique que la recette de ces « brasseries maison » peut être difficile à suivre en raison du grand nombre d'ingrédients, ainsi que des variations. dans la pureté et le contenu entre les fournisseurs, les variations entre les lots d'un même fournisseur et les difficultés de fabriquer de manière cohérente des quantités relativement petites d'un mélange labile de produits chimiques.

Cependant, à mesure que les scientifiques acceptent l'importance de savoir exactement sur quoi prospèrent leurs cellules, le domaine devient de plus en plus rigoureux. Certains chercheurs, par exemple, essaient d'éliminer les composants des milieux de culture qui proviennent d'animaux, par crainte qu'ils ne contaminent ou infectent d'éventuels agents thérapeutiques humains. D'autres chercheurs tentent de faire en sorte que les milieux de croissance reproduisent un environnement naturel de manière plus réaliste, par exemple en créant des structures tissulaires tridimensionnelles (3D).

Certaines cellules sont difficiles à satisfaire

Un excellent exemple de l'importance de bons milieux de culture se trouve dans le domaine en plein essor des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) - des cellules adultes qui ont vu leur horloge moléculaire inversée pour retrouver l'état tout-est-possible de leur enfance 1 . Ces cellules peuvent être redirigées pour devenir de nombreux types cellulaires, offrant des perspectives pour la médecine régénérative 2 utilisant des tissus cultivés en laboratoire pour remplacer ou renouveler les tissus âgés, blessés ou malades chez les patients.

Au RIKEN Center for Developmental Biology à Kobe, au Japon, par exemple, l'ophtalmologiste Masayo Takahashi espère obtenir bientôt l'approbation du premier essai clinique d'un traitement à base d'iPSC, pour la dégénérescence maculaire liée à l'âge, dans laquelle des parties de la rétine commencent mourir. L'objectif de Takahashi est de remplacer les parties malades de la rétine par des cellules cutanées reprogrammées.

Pendant ce temps, les chercheurs en sciences fondamentales explorent la «transdifférenciation» : une approche génétique qui convertit un type de cellule en un type complètement différent, en sautant complètement la réversion à la phase de cellules souches. Un exemple est le travail de Rudolf Jaenisch et Yosef Buganim au Whitehead Institute for Biomedical Research à Cambridge, Massachusetts. Grâce à un procédé basé sur la culture cellulaire, les chercheurs ont montré que les cellules du tissu conjonctif peuvent être transformées en cellules exprimant des marqueurs spécifiques aux cellules de Sertoli, qui se trouvent normalement dans le testicule 3 . Les résultats pourraient aider les chercheurs à résoudre le casse-tête de l'infertilité masculine et pourraient ouvrir la voie à des techniques de culture de types cellulaires actuellement difficiles, voire impossibles à cultiver.

Buganim dit que "le milieu de culture spécifique utilisé est crucial pour le sort particulier que les cellules assument". Les cellules transdifférenciées, les iPSC ou les neurones en culture ont chacun besoin de leurs propres milieux de culture adaptés aux besoins des cellules et du type cellulaire. Les milieux peuvent avoir ou manquer de certains facteurs de croissance, par exemple, ou créer des niveaux d'oxygène élevés ou faibles, qui permettent tous aux cellules de conserver leurs caractéristiques et propriétés normales, explique Buganim.

Plus généralement, les chercheurs sur les cellules souches dans les laboratoires universitaires ou industriels ont besoin de milieux et de substrats pour maintenir et faire croître leurs cellules, et pour les amener à suivre une série de voies de développement, explique Bradley Garcia, qui dirige la technologie et le développement commercial chez Primorigen Biosciences à Madison, Wisconsin, qui développe et vend de tels produits. Les milieux adaptés aux besoins des cellules peuvent également maintenir des cellules souches différenciées, qu'il s'agisse de cellules hépatiques ou cardiaques ou de neurones, en culture pendant des jours, des mois ou même plus d'un an.

Les cellules peuvent être imprévisibles, se développant plus facilement dans un milieu que dans un autre sans raison apparente. Et les cellules souches, selon Scott Monsma, directeur principal de la recherche et du développement chez Primorigen, sont «équilibrées sur le fil du rasoir» et se différencieront en réponse, par exemple, à une manipulation brutale, à la surpopulation et au stress. Ces facteurs rendent difficile le développement de milieux de cellules souches, mais en même temps, le potentiel médical des cellules souches augmente la demande pour de tels milieux, selon les entreprises.

Certains scientifiques utilisent des systèmes basés sur des mangeoires pour faire croître leurs cellules souches. Dans ces systèmes, une couche de cellules de soutien, telles que des fibroblastes embryonnaires de souris, alimente le milieu en facteurs de croissance. Mais ces systèmes peuvent être sujets aux erreurs, prévient Erik Hadley, scientifique principal en recherche et développement chez Stemcell Technologies, une entreprise dérivée de la British Columbia Cancer Agency basée à Vancouver, au Canada, et qui vend des milieux de cellules souches.Non seulement chaque lot de cellules nourricières est différent, mais il est également difficile de contrôler la quantité et le moment des facteurs de croissance excrétés, ce qui rend difficile pour les chercheurs de savoir quels ingrédients font réagir les cellules de quelle manière.

Pour lutter contre ces problèmes, Stemcell Technologies vend un milieu de maintenance des cellules souches sans alimentation appelé mTeSR1. Un produit de suivi, TeSR2, est totalement exempt de protéines animales, et un autre, TeSR-E8, qui a été publié en janvier, contient un ensemble de huit composants avec une formulation basée sur les travaux de James Thomson, un chercheur sur les cellules souches à l'Université du Wisconsin-Madison. Les supports sont vendus par Stemcell Technologies sous licence de brevet de l'université. Life Technologies à Carlsbad, en Californie, vend également une version, appelée Essential 8 Medium.

Définir exactement ce qui est entré dans un milieu de culture va au-delà de l'alchimie et aide les scientifiques à reproduire les résultats de leurs collègues, ainsi qu'à aborder les applications cliniques, explique Mikhail Kolonin, chercheur en cellules souches au Centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston. .

Plus de pharma pour animaux

En plus des problèmes avec les systèmes d'alimentation, une autre pierre d'achoppement à la reproductibilité est que les facteurs de croissance, les protéines et autres nutriments dans les milieux de cellules souches proviennent généralement de sérum bovin fœtal, qui peut représenter jusqu'à un cinquième du volume d'un milieu, dit Monsma . Chaque lot de sérum - qui fait partie du sang - provient d'un animal différent et contient différentes quantités de composants. « Le fait est que nous ne savons pas ce qu'il y a à l'intérieur », dit Kolonin. C'est l'une des raisons pour lesquelles les scientifiques spécialisés dans les cellules souches qui envisagent des applications cliniques se méfient de l'utilisation de produits contenant du sérum.

Une autre raison est que les cellules cultivées dans des produits d'origine animale pour une utilisation dans la transplantation de tissus peuvent "potentiellement provoquer une réponse immunitaire chez les patients", explique Kolonin. La contamination peut avoir des conséquences encore plus graves, comme l'a montré l'expérience de la maladie de la vache folle, explique Nathan Allen, responsable marketing produit dans le secteur de la culture cellulaire et du biotraitement chez Thermo Fisher Scientific, dont le siège est à Waltham, dans le Massachusetts. Dans l'épisode de la vache folle, une épidémie au Royaume-Uni de la variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob a été causée par la contamination des aliments par l'agent infectieux de l'encéphalopathe spongiforme bovin.

La Food and Drug Administration des États-Unis a demandé aux fabricants d'éviter les composants d'origine animale dans les produits thérapeutiques. Cette préférence affecte la recherche préclinique, car idéalement, les choix technologiques dans les premiers stades de développement devraient définir le modèle de fabrication plus tard, explique Roberta Morris, directrice commerciale chez Thermo Fisher Scientific.

Pour cette raison, les nouveaux médias commerciaux sont de plus en plus sans sérum, explique Allen. Son entreprise propose un certain nombre de milieux sans sérum et de milieux définis exempts de tout composant provenant d'animaux. Mais bannir les produits d'origine animale n'est pas facile, ne serait-ce que parce que convertir des milieux contenant du sérum ou avec des suppléments non définis en une version plus chimiquement définie signifie retravailler massivement une recette propriétaire, ce qui affecte la fabrication.

Tout cela peut rendre les médias coûteux. L'automne dernier, Sigma-Aldrich à St Louis, Missouri, a lancé un milieu de maintenance des cellules souches dans le cadre de sa série Stemline. Le milieu n'est pas complètement exempt de produits d'origine animale, mais est composé de composants définis et ne contient pas les types de préparation de protéines brutes trouvées dans de nombreuses formulations, telles que le sérum ou les extraits hypophysaires, explique Dan Allison, chercheur principal chez Sigma-Aldrich. Il a été conçu pour répondre aux besoins des laboratoires qui travaillent sur des applications industrielles pour les cellules souches et qui auront besoin de volumes élevés de supports, explique la société.

Monsma dit que la création de milieux sans composants animaux, en utilisant uniquement des composés chimiques et des suppléments d'origine non animale - tels que la sérumalbumine humaine ou des facteurs de croissance recombinants - signifie que les protéines doivent être exprimées dans des cellules ou des bactéries humaines, puis purifiées et testées. Son entreprise et d'autres mettent en place des capacités pour fabriquer de tels supports. Par exemple, Primorigen collabore avec plusieurs laboratoires universitaires pour convertir un milieu de différenciation en un milieu sans composant animal.

Pour les chercheurs sur les cellules souches, s'éloigner des produits d'origine animale signifie abandonner certains produits de base de laboratoire, tels que les cellules nourricières de souris. De plus, certaines substances traditionnellement utilisées pour enrober les boîtes de culture cellulaire ne sont pas d'origine animale. Matrigel - un produit qui était auparavant fabriqué par Becton, Dickinson de Franklin Lakes, New Jersey, mais a été vendu à Corning Inc. à Corning, New York, l'automne dernier - est un gel utilisé pour enrober la vaisselle, et est dérivé d'un type de tumeur de souris. Des chercheurs de l'Université du Michigan à Ann Arbor ont noté que, bien que Matrigel ait aidé les scientifiques à définir les besoins des iPSC, ses origines animales et sa variabilité sont problématiques si les cellules sont cultivées en tant qu'éventuelles thérapies pour les patients 4 .

Ingénierie dans le mix

Certains scientifiques ne seront satisfaits qu'en mélangeant leurs propres milieux de culture cellulaire. Ils « ont tendance à savoir ce qu'ils font et sont très expérimentés », explique Masters.

Mais la plupart, ajoute-t-il, "ne s'intéressent généralement pas aux bases pour le faire correctement, juste au produit final". Ils veulent pouvoir acheter des médias sur étagère. Les entreprises ont commencé à s'occuper des scientifiques qui veulent des médias plus définis. Les entreprises interrogées par La nature affirment que leurs produits sont supérieurs aux bières maison car ils peuvent exercer un contrôle de qualité plus poussé sur la manière dont ils s'approvisionnent, stockent, mélangent et évaluent les ingrédients, et peuvent fabriquer des milieux dans des conditions contrôlées.

Les médias techniques peuvent faire la différence. Par exemple, les cellules souches sont surgelées jusqu'à leur utilisation en laboratoire, les scientifiques utilisant une variété de supports de cryoconservation, y compris des bières maison. Mais un défi permanent sur le terrain est que la plupart des cellules ne survivent pas au dégel, explique Hadley.

"La plupart des chercheurs ne sont généralement pas intéressés par les bases de la façon de le faire correctement, juste le produit final."

Vers la fin de l'année dernière, Thermo Fisher Scientific a commencé à vendre un milieu de cryoconservation sans sérum et sans origine animale appelé HyCryo pour les lignées cellulaires standard, et un autre, HyCryo-STEM, pour les cellules souches. HyCryo-STEM est conçu pour améliorer le taux de récupération des cellules souches après décongélation. Les scientifiques travaillant avec des cellules souches neurales ne peuvent généralement récupérer que 10 à 20 % des cellules, et augmenter cette proportion n'est pas facile avec les milieux de congélation typiques fabriqués à la maison utilisés dans les laboratoires, explique Cindy Neeley, spécialiste de la culture cellulaire chez Thermo Fisher. Dans les tests, le nouveau milieu de l'entreprise est aussi bon qu'un brassage maison, et pour les cellules souches neurales, la récupération est passée à 50-60%, dit-elle.

Améliorer les environnements de culture cellulaire signifie également améliorer les conteneurs. Adoptant une approche d'ingénierie, Po Ki Yuen, bio-ingénieur à Corning, a construit une plaque à 96 puits qui nourrit les cellules en croissance tout en éliminant les déchets - qui sont toxiques - et en reconstituant le milieu, sans pompe externe 5 . Non seulement la plaque nécessite moins que la quantité habituelle d'échanges médiatiques quotidiens, dit Yuen - minimisant ainsi le besoin d'une intervention humaine et réduisant le risque de contamination - mais elle a également un mouvement fluide qui ressemble un peu plus à celui du corps que celui du corps. celui d'un navire de laboratoire classique.

L'idée de la plaque, qui a émergé lors d'une session de développement de produit avec deux collègues, dit-il, est de tirer parti des différences de pression entre les puits qui contiennent différentes quantités de fluide. Des bandes étroites de papier filtre ou une membrane de cellulose relient les puits, de sorte que le fluide est forcé de s'écouler de manière contrôlable dans le puits connecté adjacent jusqu'à ce que les hauteurs de liquide atteignent le même niveau dans les deux. « Le débit dans notre plaque de perfusion peut être contrôlé par la différence de hauteur de liquide entre les puits connectés, ainsi que par les dimensions et la taille des pores de la bande de membrane de cellulose ou de papier filtre », explique Yuen.

La version à 96 puits n'est pas encore sur le marché, mais une version à 6 puits l'est, explique Brian Douglass, responsable du développement commercial chez Corning. Les cellules de la version à 6 puits peuvent durer au moins 72 heures sans échange de médias, explique Yuen. Et, dit Douglass, des échanges médiatiques moins fréquents signifient que «les chercheurs récupèrent leurs week-ends».

Les scientifiques et les entreprises explorent également des environnements 3D dans lesquels favoriser la croissance tissulaire d'amas cellulaires, en gardant les cellules proches et en communication constante. Dans ce type d'architecture, les cellules souches peuvent se développer en agrégats arrondis appelés corps embryoïdes, ce qui fait partie du processus de différenciation.

Cela signifie que les cellules ne doivent pas se fixer à la surface de leur conteneur, car si elles le font, elles se développeront en une seule couche étalée, explique Neeley. Thermo Fisher Scientific a développé une série de boîtes et de plaques à puits multiples avec une surface en polystyrène qui offre des propriétés de faible adhérence. Les échafaudages peuvent être utilisés pour façonner des amas de cellules au fur et à mesure qu'ils grandissent, mais la tridimensionnalité s'effondre une fois l'échafaudage retiré, comme une tente sans ses poteaux de support. Ils peuvent également bloquer la vue d'un chercheur à travers un microscope.

Pour répondre aux besoins des chercheurs à la recherche d'options viables de culture cellulaire 3D, Thermo Fisher Scientific a développé une plaque de culture appelée Nunclon Sphera. "Les cellules, au lieu de coller à la surface, s'agrègent avec elles-mêmes et forment une sphère tridimensionnelle dans l'environnement de culture", explique Neeley. Lorsqu'elles sont cultivées dans cette plaque, les cellules se transforment en sphères que les scientifiques peuvent transférer d'un récipient à un autre à l'aide d'une pipette, sans perturber la forme, dit-elle. Les clients testent actuellement le produit en version bêta.

D'autres efforts axés sur les plaques reposent sur des changements architecturaux plus radicaux. La culture cellulaire en trois dimensions remonte à plus de 100 ans, explique Ross Harrison, biologiste à l'Université Johns Hopkins de Baltimore, dans le Maryland. Il a cultivé du tissu neural dans une goutte suspendue de lymphe de grenouille et a pu observer des cellules nerveuses vivantes germer des axones, les longues extensions à travers lesquelles les neurones envoient des messages à d'autres neurones.

Aujourd'hui, une société suisse, InSphero à Schlieren, utilise la technique de la goutte suspendue comme base pour une plaque à puits multiples en polystyrène conventionnel mais avec des puits redessinés. Après avoir construit un prototype, l'Institut fédéral suisse de technologie (ETH) à Zurich a créé la jeune entreprise dans le parc technologique de l'institut, explique Jens Kelm, un biotechnologue anciennement à l'Université de Zurich qui a fondé InSphero il y a quatre ans avec l'Université de Zurich. son collègue Wolfgang Moritz et l'ingénieur de l'ETH Jan Lichtenberg. L'entreprise vient d'emménager dans ses propres locaux.

Contrairement aux puits à fond rond typiques, les puits d'InSphero ont une partie inférieure en forme de V, semblable en apparence à une flûte à champagne. Tout au fond, le puits est plat. Dans une goutte de milieu suspendue, les cellules se déposent et se développent sous forme de sphéroïdes d'une manière qui permet la microscopie, explique Kelm.

Faire entrer les cellules dans le puits signifiait également changer les ouvertures du puits, qui ont la forme d'un vase à fleurs très étroit afin qu'elles s'ajustent étroitement autour d'une pointe de pipette. Les chercheurs ont découvert qu'un contact étanche à l'air entre l'ouverture du puits et la pointe de la pipette leur permettait de déposer des quantités presque identiques dans chaque puits, ce qui est important pour s'assurer que les résultats sont comparables entre les puits. Pour arriver à la conception, dit Kelm, "nous avons commencé à expérimenter avec des pointes de pipette, les avons coupées et mises en gouttes par le haut et avons regardé comment elles sortaient par le bas".

En 2011, InSphero a commencé un partenariat avec PerkinElmer à Waltham, Massachusetts, permettant aux plaques d'être incorporées dans les instruments de dépistage automatisés de PerkinElmer, qui sont utilisés par les sociétés pharmaceutiques. Ce qui a commencé comme un accord marketing s'est transformé en sociétés collaborant au développement de tests, par exemple, elles créent des plaques qui contiennent des sphéroïdes de microtissu hépatique prêts pour les tests de toxicité des médicaments.

Kelm voit un large marché international pour sa technologie. Les lois européennes qui interdisent l'utilisation d'animaux dans les tests de cosmétiques ont laissé l'industrie réclamer in vitro modèles, tels que ses microtissus. Les développeurs de médicaments et les entreprises chimiques veulent également des tests cellulaires pour tester la toxicité. Et la technologie de la goutte suspendue peut être utilisée pour cultiver des cellules souches, un domaine qui pourrait s'étendre à mesure que ces cellules se dirigent vers des applications médicales.

Nadia Benkirane-Jessel, biologiste à l'Institut national français de la santé et de la recherche médicale (INSERM) à Strasbourg, utilise la technologie d'InSphero pour rechercher des moyens de raccourcir les temps de récupération pour les personnes subissant des procédures de réparation osseuse et, potentiellement, la régénération osseuse. Pour positionner correctement les cellules osseuses pour la croissance, Benkirane-Jessel sème des cellules qui se sont développées en microtissus sphériques sur des nanofibres 3D développées dans son laboratoire pour une utilisation chez la souris. Elle envisage également d'utiliser la technologie d'InSphero pour un produit développé par sa société spin-off, Artios Nanomed à Strasbourg, dans le domaine de la régénération osseuse et cartilagineuse.

Une autre spin-off universitaire qui développe la culture cellulaire 3D est n3D Biosciences à Houston. Comme l'explique Glauco Souza, directeur scientifique et cofondateur de l'entreprise, la technologie sème les tissus en faisant léviter les cellules et en les rassemblant 6 . La première étape consiste à décorer les cellules avec NanoShuttle, l'assemblage magnétique de nanoparticules d'or et d'oxyde de fer réticulé avec de la polylysine, dit-il. Ensuite, la boîte de culture cellulaire est exposée à un champ magnétique. «Lorsque le champ magnétique est appliqué, il rapproche les cellules tout en les faisant léviter», dit-il.

Ce qui maintient la croissance des cellules, explique Souza, c'est l'interaction cellule-cellule favorisée par le processus de lévitation, qui ressemble davantage à l'environnement du corps qu'à la culture cellulaire conventionnelle. La technologie facilite également l'échange de médias, car un aimant peut maintenir le tissu en place, dit-il.

Souza, physico-chimiste anciennement au MD Anderson Cancer Center à Houston, affirme que la recherche avec cette technologie dans l'entreprise et dans les laboratoires universitaires partenaires montre que les microtissus résultants ont in vivo-comme la morphologie et la production de protéines, leur permettant d'être utilisés dans in vitro modèles de dépistage des drogues. n3D ​​Biosciences a des clients dans des laboratoires universitaires et des sociétés pharmaceutiques, et se concentre sur les tests de toxicité à haut débit et le développement de médicaments.

Kolonin utilise la technologie pour étudier le tissu adipeux et le considère également comme un environnement possible pour la croissance de cellules souches dans des organes. Recréer un organe dans une boîte nécessite que tous les types cellulaires de l'organe soient présents et fassent des connexions. Dans un plat plat, cependant, un type de cellule prend généralement le relais car il se trouve qu'il répond le mieux au support ou au plastique, et d'autres cellules sont rapidement perdues, dit-il. Cette situation est différente avec la technologie n3D. « Vous étalez des cellules, leur lancez des particules. pendant la nuit et placez-les dans le champ magnétique, et le lendemain, vous avez déjà les sphéroïdes », dit-il. Les sphéroïdes comprennent tous les types de cellules. "Cela prend littéralement un jour."

La lévitation magnétique a été un bon moyen de modéliser le tissu adipeux, ajoute Kolonin, et de cultiver des cellules souches tout en conservant leur capacité à se différencier 7 .

Les particules magnétiques peuvent avoir des conséquences néfastes pour les cellules qui les contiennent, mais celles-ci représentent une minorité des cellules en culture. Les microtissus restent ensemble et les cellules ont tendance à cracher les particules, qui restent alors dans la matrice à l'extérieur des cellules.

« Il y a eu récemment un boom des formats 3D, et je pense que le domaine adopte rapidement et évalue de manière critique ces technologies. »

« Ces derniers temps, les formats 3D ont connu un essor et je pense que le domaine adopte rapidement et évalue de manière critique ces technologies », déclare Jeffrey Morgan, bio-ingénieur à l'Université Brown à Providence, Rhode Island. Il pense que lorsque les cellules entrent en contact, interagissent et communiquent avec d'autres cellules plutôt qu'avec des échafaudages artificiels, la culture cellulaire reproduit plus fidèlement le in vivo l'environnement, en particulier celui des organes solides tels que le cœur et le foie, où la densité cellulaire est élevée.

Morgan a inventé ce qu'il appelle la boîte de Pétri 3D, et en 2009, il a fondé une société : Microtissues, basée à Providence. Dans un accord conclu l'année dernière, Sigma-Aldrich distribue le plat. Les clients de Morgan sont des chercheurs biomédicaux universitaires, des sociétés pharmaceutiques effectuant des tests de toxicité et des sociétés de thérapie cellulaire explorant la manière de préparer des grappes de cellules pour une éventuelle transplantation.

La boîte de Pétri 3D est apparue lorsque, pour guider la croissance de sphéroïdes multicellulaires ressemblant à des tissus, Morgan et son étudiant diplômé Anthony Napolitano ont commencé à fabriquer des moules en laboratoire. Ils voulaient un matériau non adhésif pour les cellules, ce qui est « l'opposé direct » de la boîte de Pétri en plastique classique, explique Morgan. Dans le même temps, les chercheurs avaient besoin d'un matériau qui n'interférerait pas avec les forces d'adhérence des petites cellules qui entraînent l'agrégation des cellules. Le matériau qu'ils ont choisi était l'agarose, qui forme un hydrogel couramment utilisé et est composé à 98% d'eau, c'est pourquoi Morgan dit que son approche est «comme sculpter de l'eau».

Un utilisateur coule de l'agarose fondu dans les micro-moules, lui permet de se gélifier, puis retire l'agarose micro-moulé et le place dans une boîte standard à plusieurs puits. Les milieux cellulaires et les cellules sont pipetés dans la boîte, et les cellules se déposent ensuite par gravité dans chacun des micropuits et s'auto-assemblent en un sphéroïde multicellulaire au fond de chaque puits moulé. Les micro-moules peuvent être autoclavés et réutilisés pour couler plus de gels.

Le moule fait des sphéroïdes de forme uniforme, explique Morgan. Leur taille peut varier en fonction du nombre de cellules ensemencées. Les cellules sont plus faciles à récolter que dans les méthodes basées sur un échafaudage. Ils se répandent lorsque le gel est inversé, permettant des tests supplémentaires.

Bien que la recherche sur les cellules souches et les progrès de la culture cellulaire progressent rapidement, les thérapies cellulaires viables sont à des années du marché, déclare Chuck Oehler, directeur général de Primorigen. Mais des entreprises comme la sienne reçoivent régulièrement des appels de personnes à la recherche de traitements à base de cellules souches. Les scientifiques spécialisés dans les cellules souches ne sont pas non plus à l'abri de l'espoir.

Un chercheur qui n'a pas souhaité être identifié est diabétique et est dépendant à l'insuline depuis plus de 30 ans.Il y a quelques années, il a subi une greffe de cellules d'îlots de Langerhans productrices d'insuline provenant de cadavres, ce qui lui a permis de se passer d'injections d'insuline pendant près d'un an et a également atténué certains de ses symptômes, tels que l'engourdissement des doigts et des orteils.

"Le potentiel semble donc être là, si le travail que nous et d'autres effectuons pour assurer la production de cellules ayant une fonction adéquate et durable peut être produit", explique le chercheur. En tant que praticien, il connaît la réalité scientifique. "Mais étant donné l'impact que la médecine régénérative peut avoir sur ma qualité de vie et sur mes proches, il est facile de comprendre comment ceux qui connaissent moins bien la science et l'industrie peuvent être frustrés ou impatients face au rythme des progrès."


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Conclusion

Au cours des dernières décennies, l'attention portée au tissu adipeux s'est accrue parallèlement à une épidémie croissante d'obésité et à ses effets négatifs sur le métabolisme du corps entier et à une incidence accrue de diverses maladies et affections. Ce n'est que récemment que les efforts de recherche se sont tournés vers la compréhension de la biologie du développement de ce tissu (Han et al., 2011 Rodeheffer et al., 2008 Tang et al., 2011 Tang et al., 2008). La complexité des différentes lignées adipeuses (blanche, brune, brune induite, sous-cutanée, viscérale, etc.), la difficulté de travailler avec un type cellulaire aussi fragile, et le caractère non contigu de ce tissu ont rendu difficile la compréhension de son origine développementale, et des origines multiples peuvent exister. Cependant, avec la génération d'outils de développement, tels que le traçage des lignées, les chercheurs sont désormais prêts à comprendre les signaux de développement et l'origine du tissu adipeux et à répondre à une multitude de questions intéressantes et indéfinies. Par exemple, quels sont les types cellulaires d'origine de la lignée adipeuse ? Quel est le moment de la détermination et de la spécification de la lignée adipeuse ? Les cellules souches adipeuses apparaissent-elles in situ sur le vaisseau sanguin ou migrent-ils et arrivent-ils d'ailleurs ? Quels sont les signaux dérivés de la niche des vaisseaux sanguins qui stimulent la prolifération et la différenciation de ces cellules souches ou qui les maintiennent à l'état de repos ? Quelle est l'importance des cellules souches adipeuses pour l'homéostasie et le maintien du coussinet adipeux à la fois dans le cadre d'un apport énergétique normal et d'une charge nutritionnelle excessive ? D'autres médicaments antidiabétiques modifient-ils la biologie des cellules souches adipeuses, de la même manière que le traitement par TZD ? Les facteurs de croissance et les voies de signalisation du développement modifient-ils le comportement des cellules souches et la formation des adipocytes ? Au milieu de l'épidémie d'obésité, les récentes découvertes et les réponses à ces questions ouvertes laisseraient espérer qu'il y a une lumière au bout du tunnel.


Remerciements

Nous remercions les membres de notre laboratoire pour leur soutien, en particulier Kentaro Kato et Ken-ichi Tominaga pour leurs discussions fructueuses. Ce travail a été soutenu en partie par une subvention du ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie à Kiyokazu Agata et Satoru Kobayashi, un projet de recherche pour le programme futur de la Société japonaise pour la promotion de la science à Satoru Kobayashi Core Research for Evolutional Projet scientifique et technologique (CREST) ​​de l'Agence japonaise des sciences et technologies à Satoru Kobayashi et une subvention de l'Institut national des sciences agrobiologiques (programme de conception biologique) à Hidefumi Orii et Satoru Kobayashi.


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