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Cell子刊:新配方實現iPS效率大躍進

日期:2014-09-22 08:53:20

 

紐約大學的科學家們將包括維生素C在內的三種化合物與標準iPS方案結合,顯著提高了體細胞轉化為多能干細胞的效率。該方法在轉化小鼠皮膚細胞時,獲得的干細胞數量比標準方法增加了二十多倍。相關論文發表在Stem Cell Reports雜志上。

 

這個方法不僅有效而且很可靠,能大大加速iPS干細胞的各種應用,干細胞理論上能夠發育成為任何類型的細胞。

 

 “效率的大幅提升,讓我們有機會在高分辨率水平上研究重編程機制,”領導這項研究的NYU助理教授Matthias Stadtfeld說。

 

著名科學家山中伸彌2006年提出了,將皮膚、血液或其他類型細胞重編程為誘導多能干細胞(iPSC)的標準方案,他也因此獲得了諾貝爾獎。標準方案通過人為表達四個關鍵基因OKSMOct4Klf4Sox2myc),誘導細胞回到與早期胚胎細胞類似的不成熟狀態。

 

在此基礎上,人們可以將患者的細胞誘導成為iPSC,然后在體外擴增并刺激它們分化成為特定類型的細胞,比如血細胞、腦細胞、心肌細胞等。這些細胞理論上可以用來替代患者的受損組織。

 

iPS技術也面臨這一些障礙,重編程效率低就是一個重要的問題。絕大多數細胞類型只有不到1%能轉變為穩定的iPSC時,而且這一過程可能需要數周時間。

 

目前大家都在想辦法提高iPS的效率,也已經有團隊取得了顯著的成績。不過這些團隊采用的方法,往往要改變重要的基因,這可能會在治療時產生問題。而Dr. Stadtfeld等人采取了更為溫和的途徑。

 

研究人員采用的三種化合物,有維生素C和兩個影響WntTGF-β通路的化合物。維生素C是一種強大的抗氧化劑,最近它被發現能夠激活重塑染色質的酶,進而調控基因表達,促進iPS誘導。而WntTGF-β通路在細胞中調控多個與生長有關的過程。

 

成纖維細胞是iPS研究中最常用的細胞類型,研究人員在表達OKSM的小鼠皮膚成纖維細胞中,添加了上述三種化合物。在培養細胞一周后,轉化效率達到了大約80%

 

在受傷或感染之后,血液祖細胞可以替代受損的血細胞。OKSM方法可以緩慢地將這些細胞轉變為干細胞,效率達到30%。研究人員將OKSM與三種化合物相結合,在不到一個星期的時間里,轉化率接近了百分之百。研究人員用這種方法轉化小鼠肝臟祖細胞,也獲得了將近百分之百的產量。

 

Dr. Stadtfeld希望,轉化率的顯著提升能有助于未來的iPS研究,讓iPS誘導成為一個更可預測的事件。“這樣就更容易解析重編程背后的具體機制,檢測iPS中可能發生的意外事件,”他說。

 

研究人員指出,這項研究中的三種化合物經過了人們的廣泛研究,幾乎沒有什么未知或有害的影響。而OKSM有時會對iPSC產生意外影響,例如引起發育缺陷。新技術有望讓iPSC更加安全,“可以想見,讓重編程過程更順暢可以降低發生異常的風險,”Dr. Stadtfeld說。“我們正在跟進這個問題。”

 


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