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PNAS:硬度如何決定干細胞的分化

日期:2014-09-10 09:10:46

 干細胞是能夠成為機體任何細胞類型的未分化細胞。在體外培養(yǎng)人多能干細胞時,培養(yǎng)基里添加的化學因子和蛋白會對這些細胞產生重要的影響。人們利用不同的添加物組合,將細胞誘導成為特定類型的細胞。

 

那么,不給干細胞添加任何因子或化合物,它會如何決定自己的命運呢?是成為肌肉細胞、骨細胞還是神經元?

 

Wisconsin-Madison大學的研究團隊發(fā)現,在沒有任何添加物的情況下,干細胞生長表面的硬度就足以對細胞命運產生深遠的影響。這項研究發(fā)表在九月八日的美國國家科學院院刊PNAS雜志上。

 

“人們利用可溶性的生長因子引導細胞分化,”UW-Madison的干細胞專家,Laura Kiessling教授解釋道。不過之前有研究指出,細胞生長表面的物理性質也會影響細胞的命運,不過這一點并未得到充分的證明。

 

實驗室里培養(yǎng)干細胞時,使用表面覆蓋有凝膠的培養(yǎng)皿,通過這種凝膠引入不同的蛋白因子。不過,即使沒有蛋白因子的誘導信息細胞也會分化,只不過分化路徑看起來比較隨機。另外在發(fā)育過程中,機體內的細胞會根據自己的所處的環(huán)境條件做出轉變。

 

 “許多細胞附著在特定表面上生長。舉例來說,如果細胞長在骨骼附近,就會對這個特殊的環(huán)境做出反應,”Kiessling說。“如果細胞長在類似大腦的柔軟組織附近,那它們的行為又會不同。”

 

為了全面探討生長表面對干細胞的影響,Kiessling團隊構建了不同硬度的凝膠來模擬肌肉、肝臟和腦組織。研究顯示,類似腦組織的柔軟表面,不需要任何可溶因子,就足以引導干細胞成為神經元。而較硬的表面更傾向于保持細胞的干細胞狀態(tài)。

 

“我們沒有改變任何東西,只是從硬表面換到了軟表面,”Kiessling說。“結果細胞形態(tài)都變得更像神經元,細胞生長表面的影響如此深遠,令我非常意外。”

 

研究人員認為,柔軟表面的物理性質影響了細胞中的蛋白YAPYAP既存在于細胞質也存在于細胞核,當它在細胞核里的時候YAP調控基因表達。研究顯示,在柔軟凝膠上YAP無法進入細胞核,而它的缺失促使干細胞向腦細胞發(fā)展。

 

這些發(fā)現可以幫助科學家們建立更好的實驗條件,引導干細胞精確分化。這類技術將最終幫助人們生產大量細胞用于疾病治療或者新藥開發(fā)。

 


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