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超越iPS新技術 ,中外學者紛紛發表Nature文章

日期:2011-05-30 08:12:52

長久以來,人們就在探索是否可以通過改變分化細胞的表觀遺傳學特征從而改變其功能和特性。1997年英國科學家Wilmut將羊體細胞的細胞核轉入去核的卵母細胞中并發育成成熟的個體——著名的多利羊,從而在實踐中證實了體細胞逆轉成為全能干細胞的可能性。但由于該技術需要使用卵細胞,使得其在醫學應用中受到了倫理和材料來源等諸多限制。2006年,日本科學家山中伸彌發現4個轉錄因子(Oct-4,Sox-2、Klf4和c-Myc)能將皮膚細胞成功逆轉為可以向3個胚層分化的誘導多能干細胞。使人類朝獲得可用于再生醫學及疾病治療的無限分化潛能細胞的夢想又推進了一步。 

胚胎干細胞和iPS的優勢是多潛能,而弱點是過程太長,風險相應也大,到現在很多關鍵的問題也還認識不深,人們同時也在設法繞過這個多潛能階段。直接轉分化技術是近年來被科學家們廣泛應用到器官移植獲取具有修復功能的細胞研究中的一項新技術。利用直接轉分化技術,科學家們可繞過干細胞中間階段,直接將某一種成體終末分化細胞特定轉化為其他種類的終末分化細胞,在這個過程中細胞的狀態和功能也隨之發生改變。目前科學家們已利用轉分化技術已成功地誘導成體細胞重編程生成了血細胞、心肌細胞和神經細胞。

美國斯坦福大學的Marius Werning及同事近年一直致力于誘導皮膚細胞獲得功能性神經細胞的研究工作。去年Marius Werning領導的研究小組將3個轉錄因子基因(Ascl1,Brn2和Myt1l)同時轉入到小鼠皮膚細胞后,在不到1周的時間內將20%的皮膚細胞誘導生成了神經細胞,這些細胞不光看上去像神經元,而且還表達神經元特有的蛋白,并且能互相與正常小鼠的大腦皮層細胞形成神經突觸并轉導信號。由此確認了轉化的細胞具有完全的成熟神經細胞的功能。相關研究論文發表在《Nature》雜志上。

近日Marius Werning研究小組在原有的三個轉錄因子基礎上,添加了一個螺旋環螺旋轉錄因子NeuroD1,成功地將人類胚胎及新生兒的皮膚纖維細胞成功地誘導為功能性神經細胞。這些細胞不僅顯示典型的神經元形態,表達多種神經元標志蛋白。并且能夠產生動作電位。當研究人員將這些神經細胞與原代小鼠皮質神經元進行共培養時,證實它們能夠形成神經突觸并傳到信號。這一研究成果發表在2011年5月26日《Nature》雜志的網絡版上。

此外,近期國內的研究學者也利用這一技術取得了重要成果。中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所惠利健研究團隊利用直接轉分化的方法將從小鼠尾部獲取的成纖維細胞重編程生成了成熟的肝細胞樣細胞(hepatocyte-like cells,iHep)。

他們將在肝臟發育及功能中起重要作用的14種轉錄因子轉導至獲得的小鼠尾部成纖維細胞中,并對這些轉錄因子形成的多種組合進行了篩選。研究人員證實在抑制細胞衰老機制的前提條件下,轉入3個轉錄因子,即可將小鼠尾巴上的成纖維細胞轉化成肝臟細胞。這種細胞具有和體內肝臟細胞類似的上皮細胞形態、基因表達譜,且獲得了肝臟細胞的功能,如肝糖原積累、乙酰化低密度脂蛋白的轉運、藥物代謝和吲哚綠的吸收等。在進一步的動物實驗中,研究人員證實轉化型肝臟細胞在移植入模擬人類酪氨酸代謝缺陷疾病的小鼠后,可象正常肝細胞一樣,在被移植的肝臟中增殖,重建受體小鼠的肝臟。小鼠的總膽紅素、轉氨酶、酪氨酸等肝功能指標均出現明顯好轉,瀕臨死亡的小鼠得以存活。


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