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正确引导多能干细胞进行分化

核心提示:多能干细胞是大自然的双刃剑。因为它们可以形成令人眼花缭乱的细胞类型和组织种类,它们是一种潜在宝贵的治疗资源。然而,如果干细胞在机体内开始失去控制进行分化,相同的发育灵活性也可以导致称作畸胎瘤(teratomas)的危险肿瘤。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年11月20日讯  多能干细胞是大自然的双刃剑。因为它们可以形成令人眼花缭乱的细胞类型和组织种类,它们是一种潜在宝贵的治疗资源。然而,如果干细胞在机体内开始失去控制进行分化,相同的发育灵活性也可以导致称作畸胎瘤(teratomas)的危险肿瘤。

  为了防止这种结果,研究人员必须在将细胞移植到实验动物或人体内之前,并非很微妙地将它们推向最终的发育命运。但是实验室之间这样的做法存在很大的差异。现在斯坦福大学医学院的研究人员利用在小鼠上完成的一个实验想出了一种方法,有可能跳过这一繁琐的步骤,转而主要依赖于身体内的信号来实现对干细胞的控制。

  斯坦福大学医学院Michael Longaker 博士说:“在我们能够利用这些细胞之前,我们不得不沿着一条特异的发育途径分化或是‘指导’它们。然而总是存在有一个疑问即我们如何能做到这一点,在我们能够利用这些细胞前我们不得不关闭多少发育之门。在这项研究中,我们发现,有了适当的环境信号,我们可以让机体来完成这一工作。

  Longaker相信通过消除细胞被迫分化过程中所需长时间的实验室操作,让机体直接引导分化,有可能加速推动美国食品和药物管理局批准使用这种多能干细胞。

  Longaker.说:“一旦我们确定机体中指导组织的关键蛋白和信号,当使用这些干细胞时我们可以尝试模拟它们。就如水的形状是由它的容器所决定,细胞会对外部信号做出响应。例如,在未来,如果你想替换一个衰竭的肝脏,你可以将细胞放置在一种可强有力促进肝细胞分化支架或微环境中,并将接种细胞的支架植入到肝脏中让它们在最佳的微环境中分化。“

  在Longaker的个案中,研究人员感兴趣的不是肝脏,而是骨形成。Longaker自身是一名儿科整形修复外科医生,专攻颅面畸形。“想象一下,能够不用手术而是采用干细胞来治疗需要路面骨骼修复的儿童和成人,”他说。

  研究人员从麻醉实验小鼠的头盖骨除去4毫米圆骨——这一缺陷足够大至阻碍骨内源性干细胞的自然愈合性能。他们随后在受损区域植入一个包被BMP-2 蛋白的微小人工支架(过去的实验证实BMP-2可以刺激骨生长),每个支架上接种100万个人类干细胞。他们随后等待并观察了数月骨骼的再生过程。

  Longaker 说:“我们发现人类细胞形成了骨,修复了缺损。此外,作为自然翻转过程的一部分,随着时间推移干细胞生成的人类骨骼最终被小鼠骨骼所替代。因此生理上获得了正常修复。

  研究人员将这种再生归因于骨损伤微环境和包被骨骼生长触发分子的支架微环境相互连接。

  研究人员测试了人类胚胎干细胞和人类诱导多能干细胞(iPS细胞)愈合这一缺损的能力。他们发现将iPS细胞接种到包含BMP-2的支架上可以在移植8周时间内愈合超过96%的缺损。人类胚胎干细胞取得了相似的成功,在8周内愈合了99%的缺损。

  除了修复缺损,这一技术生成的危险畸胎瘤也相对较少:研究的42只动物只有两只形成了肿瘤。相比之下在一种免疫缺陷动物的肾表面下植入的两种类型的干细胞轻易地形成了畸胎瘤。这是一种标准的实验室测试证实干细胞的多能性潜力。

  Longaker说:“要完全消除畸胎瘤形成我们仍然有大量的工作要做。而我们受到了极大地鼓励。”他推测将这一技术与其他策略相结合,也许纳入其他的细胞类型作为分化干细胞的伴侣,有可能能最终克服这一问题。

  Longaker 说“我想看看这一技术的应用有多广阔。我推测或许可以用于在关节镜检查过程中替换关节中受损的软骨。软骨无法自身愈合,因此或许你在可以检测关节之时添加一些细胞,在这种微环境中形成替换组织。”

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编辑:Cassie.D

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