诱导性多能干细胞最新研究进展(第3期)
2019年10月28日讯/生物谷BIOON/---诱导性多能干细胞(iPS细胞)最初是日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)团队在2006年利用病毒载体将四个转录因子(Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc)的组合转入到小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞中,使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。这些ips细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。
2007年11月,由中国科学家俞君英领衔的Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道,成功地诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的ips细胞,所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种因子组合,而Thompson实验室采用了以慢病毒载体引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28这种因子组合。
相比于胚胎干细胞,iPS细胞不会产生伦理问题,而且利用宿主自身的成体细胞(如皮肤细胞、血细胞等)经重编程变成iPS细胞,将它们移植回相同个体,应该有可能不会引发免疫反应,此外iPS细胞非常适合用来构建疾病模型,不过将iPS细胞用于治疗时也有风险:让ips细胞移植到体内时有可能会产生肿瘤。值得注意的是,近年来,日本科学家在人体中开展了基于ips细胞的临床试验来治疗疾病,取得了一定的成功。
基于此,小编针对近年来ips细胞研究取得的进展,小编进行一番梳理,以飨读者。
1.PNAS:将人诱导性多能干细胞转化为产生睾酮的睾丸间质细胞
doi:10.1073/pnas.1908207116
在一项新的研究中,来自美国南加州大学和加拿大麦吉尔大学的研究人员在实验室中成功地制造出人体中产生睾酮的细胞,这就为有朝一日利用个性化的替代细胞治疗低睾酮患者铺平了道路。相关研究结果于2019年10月7日在线发表在PNAS期刊上,论文标题为“Directing differentiation of human induced pluripotent stem cells toward androgen-producing Leydig cells rather than adrenal cells”。在这篇论文中,他们描述了他们如何将干细胞转化为功能性睾丸间质细胞(Leydig cell)---睾丸中产生男性性激素的细胞。
睾丸间质细胞的高放大倍数显微图,图片来自Nephron/Wikipedia。
具体而言,Papadopoulos及其团队使用了称为人诱导性多能干细胞(hipsC)的干细胞,它们是通过对来自人体血液或皮肤的细胞进行重编程而产生的,可以分化为治疗时所需的任何类型的细胞。凭着直觉,Papadopoulos在细胞培养液中添加人胶原蛋白,并且添加将hipsC转化为睾丸间质细胞所需的基因和其他营养成分。胶原蛋白是一种常见的生长基质成分。以前,Papadopoulos使用的是牛胶原蛋白或大鼠胶原蛋白,它们更便宜,而且至少在早期实验中可以与其他形式的胶原蛋白互换。这次,实验室制造出的睾丸间质细胞产生了睾酮,而且这些细胞在显微镜下甚至看起来与天然存在的睾丸间质细胞相同。
2.Biochem Pharmacol:发现促进心脏细胞成熟的新方法
doi:10.1016/j.bcp.2019.08.010
来自Masonic医学研究所(MMRI)的科学家与Nanion Technologies合作,最近在《生化药理学》(Biochemical Pharmacology)上发表了一项研究,解决了钾(K+)电流在人诱导多能干细胞衍生心肌细胞(hipsC-CMs)中缺陷的问题。
在本研究中,MMRI科学家确定了hipsC-CMs通过两种不同类型的K+通道的激活剂--瞬时向外K+电流(Ito)和快速延迟整流K+电流(IKr)--刺激是否可以改善复极化储备,产生功能更成熟的心脏细胞。
这些实验集中在电生理学领域,即研究生物细胞和组织的电特性。结果表明,在hiPSC-CMs中,激活物仅能增强IKr电流,而不能增强Ito电流。尽管如此,IKr增强单独改善hiPSC-CMs的复极化储备,更充分地分化心脏细胞。此外,他们的研究还偶然发现在hipsC-CMs中只有一个K+通道是由双激活剂诱导的;在成熟的心脏细胞中,同一激活因子可同时激活两个通道。这些数据表明,hipsC-CMs与成熟的成年心脏细胞之间的药理作用的结论需要进行审查。
3.Nature:全球首例!一名日本妇女成功接受由重编程干细胞制成的角膜进行的移植手术!
doi:10.1038/d41586-019-02597-2
近日,一名四十多岁的日本女性成为了世界上首个使用重编程干细胞修复角膜的人,在8月29号的新闻发布会上,来自日本大阪大学的眼科专家Kohji Nishida表示,这名女性眼睛中修复角膜的干细胞发生了丢失,角膜是覆盖并保护眼睛的一层透明层结构,这种状况会使她视力模糊并可能导致失明。
为了对这名女性进行治疗,研究者表示,他们的团队利用诱导多能干细胞(ips)制造出了角膜细胞片,通过将来自供体的皮肤细胞重编程为胚胎样状态,随后细胞就能够转化称为其它类型的细胞,比如角膜细胞等。研究者Nishida说道,自从一个月前接受移植手术以来,这名女性眼睛中的角膜依然清晰,而且视力也有所改善。
目前,患有受损或病变眼角膜的患者通常会使用去世捐赠者的眼角膜组织来进行治疗,但在日本,需要诸如眼角膜等组织进行移植的患者排队的名单很长,而且等待时间很久。如今,日本批准iPS细胞在临床应用方面走在世界前列,此前,来自日本京都大学的干细胞学家Shinya Yamanaka因干细胞研究而获得诺贝尔奖,日本的医生还使用ips细胞来治疗脊髓损伤、帕金森疾病和另外一种眼部疾病的患者。
4.ACS Nano:新型纳米技术平台有望加速干细胞移植领域研究
doi:10.1021/acsnano.9b01875
近日,一项刊登在国际杂志ACS Nano上的研究报告中,来自罗格斯大学的科学家们通过研究开发了一种新型纳米技术,其或能增强对干细胞移植的研究,有望帮助改善多种疾病人群的治疗,包括阿尔兹海默病、帕金森疾病、其它神经变性疾病和中枢神经型损伤等。
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