多倫多大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種方法，可以快速地篩選人類干細胞以及更好地控制它們的轉(zhuǎn)化。這一技術(shù)有潛力應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)和藥物研發(fā)。研究結(jié)果發(fā)表在本周的《自然方法》（Nature Methods）雜志上。

這項研究工作是由多倫多大學(xué)加拿大生物工程學(xué)首席科學(xué)家Peter Zandstra教授實驗室完成。“這項工作使得我們更好地了解了如何更有效地將干細胞轉(zhuǎn)化為臨床可用的細胞類型，”多倫多大學(xué)生物材料和生物醫(yī)學(xué)工程（IBBME）研究所博士生Emanuel Nazareth說。

人類利用了人類多能干細胞(hPSC)，這類細胞有潛力分化并最終變成體內(nèi)所有的細胞類型。Nazareth說，讓干細胞長成如皮膚細胞或心臟組織這樣的特定細胞類型的關(guān)鍵在于，要在適當(dāng)環(huán)境的細胞培養(yǎng)物中培育它們，然而由于不同干細胞類型的環(huán)境各異，獲得合適的環(huán)境一直以來是一個挑戰(zhàn)。

研究人員開發(fā)了一種高通量平臺，其利用機器人和自動控制裝置可一次對多種化合物或藥物進行測試，在可控環(huán)境中篩查hPSCs。有了這一平臺，他們能夠控制干細胞克隆的大小、細胞密度和其他的參數(shù)，從而能夠更好地研究隨著干細胞分化或轉(zhuǎn)化為其他細胞類型它們的特性。這項干細胞研究是在優(yōu)化微環(huán)境中完成，研究人員篩查并觀察了當(dāng)導(dǎo)入不同的化學(xué)變化時這些細胞的行為。

利用這一平臺，研究人員進行了單細胞蛋白質(zhì)表達譜分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可利用干細胞內(nèi)的兩種特異蛋白質(zhì)Oct4和Sox2，來追蹤干細胞可以轉(zhuǎn)化的四種主要早期細胞命運：多能性，神經(jīng)外胚層、胚線和胚外細胞命運，允許一次完成四種篩查。研究人員應(yīng)用這一Oct4-Sox2代碼分析了27種發(fā)育因子的劑量反應(yīng)獲得了譜系特異性的最佳濃度，并量化了細胞系特異性的內(nèi)源信號通路激活和分化偏好。

這項研究工作還提供了一種方法來研究細胞系之間的差異，用來預(yù)測像異常染色體這樣的特定遺傳信息。更重要的是，相比于現(xiàn)有的其他技術(shù)，這些預(yù)測可以在很短的時間內(nèi)完成，并且比其他的測試和篩查方法成本大為降低。

“我們預(yù)計這一技術(shù)將為開發(fā)出新策略，鑒別許多不同的干細胞類型的細胞命運控制分子或藥物奠定基礎(chǔ)，”Zandstra說。

Nazareth說：“作為一種藥物篩選技術(shù)，它相比于原有技術(shù)進行了顯著的改善。在某些情況下，這一新技術(shù)可將測試時間從多達1個月縮短至僅僅2天。”

由于其對全球干細胞研究所做出的貢獻，Peter Zandstra教授今年被授予了2013年度Till & McCulloch獎。