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中美學者PNAS:利用細胞力學獲得干細胞

日期:2014-12-16 08:57:54

 最近,來自南京醫科大學、首都醫科大學和布法羅大學(UB)的科學家們,僅僅利用機械應力,將通常用作模型細胞的細胞(稱為無限增殖化細胞),轉換為干細胞樣(stem-like)的細胞。他們沒有采用以前可能有危險的技術(也可獲到相似結果)。

 

研究人員使用“干細胞樣”細胞這個術語,來描述組織培養中具有許多干細胞生化標記的細胞。今后研究的重點,將是確定它們是否能夠分化。

 

相關研究結果最近發表在《PNAS》雜志。研究人員發現,通過改變組織培養中的神經元或其他類型細胞上的機械應力,可讓它們重編程為“干細胞樣”的細胞。

 

本文資深作者、UB生理學和生物物理學系的特聘教授Frederick Sachs表示:“在組織培養中的正常細胞類型是伸展開的,有分化的內部組織,但是改變細胞的力學,可使細胞變成球形的細胞集群,它們有很多干細胞的生化標記。”

 

本文第一作者、UB生理學和生物物理學系的助理教授Fanjie Meng開發的一種基因編碼光學探針的發展,使得這項干細胞的研究進展成為可能。探針測量的是肌動蛋白的機械應力,肌動蛋白是存在于所有細胞的一個主要結構蛋白。肌動蛋白參與肌肉收縮和許多細胞過程,包括細胞信號轉導、細胞如何形成和它們如何移動。

 

肌動蛋白探針將為研究人員提供一種方法,實時地研究機械應力如何影響活的細胞、組織、器官和動物。

 

Sachs解釋說:“這種探針可讓我們首次測量活細胞中肌動蛋白的應力。我們甚至在單個活細胞中看到了肌動蛋白微絲的應力梯度漸變。”

 

Sachs繼續說:“現有大部分的生物力學都將要被重新考慮,因為許多研究認為應力是均勻的。肌動蛋白探針表明,干細胞中肌動蛋白纖維的張力,高于正常細胞。這讓我們感到非常驚訝。”他補充說,雖然眾所周知力學在細胞過程中發揮一定的作用,但是因為很少有方法能測量特定蛋白質的應力,因此對于細節我們還了解甚少。一個臨床相關的例子就是轉移性癌細胞——致命的細胞種類,具有不同于親本腫瘤細胞的力學。

 

Sachs說:“這種探針將能夠讓癌癥研究人員更好地了解,是什么使細胞變成轉移性的?”

 

研究人員制備了表達這些探針的轉基因動物(線蟲和果蠅),表明這些探針對細胞無毒性,因此,可以在所有動物中進行研究。

 

該研究小組使用力學將正常細胞重編程為干細胞的一個主要優點在于,它無需結合特異DNA序列的化學轉錄因子,這些轉錄因子被證明是臨床危險的。

 

他解釋說:“臨床上干細胞的使用一直是充滿爭議的,部分是因為必須使用有毒的轉錄因子。我們可以簡單地通過改變細胞力學獲得干細胞,將使干細胞療法更接近于臨床。”

 

干細胞已引起醫學的廣泛關注,因為它們能夠分化為身體各種類型的細胞,能夠再生和修復受損的組織。

 

本文共同作者還包括南京醫科大學的郭軍(Jun Guo)、首都醫科大學的王躍秀(Yuexiu Wang)。該研究是由美國國立衛生研究院、美國國防部和布法羅兒童協會資助支持。

 


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