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人类干细胞的定制编程

  诱导多能干细胞(IPS)有可能转化为多种细胞类型和组织,用于 drug 测试和细胞替代。然而,这种转换的"配方"往往很复杂,很难实现。Center for Regenerative Therapies Dresden(CRTD)、波恩大学、哈佛大学的研究人员已经发现了一种利用转录因子(包括神经元、结缔组织和血管细胞)系统地从iPS中提取数百个不同细胞的方法。研究人员可以通过非营利组织Addgene使用这种转录因子来源。这个结果现在已经在《自然生物技术》杂志上发表了。
  来源:Jesus Eduardo Rojo Arias und Volker Busskamp
  研究人员使用了人类诱导的多能干细胞(IPS),从结缔组织细胞重新编程到准胚胎状态。原则上,IPS细胞可以用来获得各种分化的细胞,从神经元到血管细胞,每个菜谱都是个别的。沃尔克·布斯坎普(Volker Busskamp)教授解释说:"大多数分化方案都是非常繁琐和复杂的。在单一的培养中,不可能同时以受控的方式从iPS获得不同的细胞类型。"布斯坎普博士解释说,他在波恩大学的卓越生命物理小组(POL)和TU Dresden的CRTD工作。
  他和团队一起,试图用简单的"食谱"取代复杂的程序。通过大规模的筛选过程,研究人员发现总共290种DNA结合蛋白可以快速高效地重新编程。干细胞进入目标细胞。研究人员能够证明转录在每例病例中,因子足以在4天内从干细胞中提取分化神经元、结缔组织、血管和胶质细胞。后者将神经元称为"绝缘体"。
  干细胞分化的基因转换板
  利用自动化程序,研究人员将相应转录因子和其他控制元件的DNA序列引入干细胞基因组。这个转录因子可以通过加入一个小分子来激活,导致一些转基因干细胞转化为分化细胞。然后可以利用细胞标记来区分和自动分类干细胞和分化细胞。研究人员随后调查了与干细胞相比,有多少特定的转录因子存在于分化的细胞中。布斯坎普解释说:"差异越大,对于将iPS转化为分化细胞来说,相应的转录因子似乎就越重要。"
  研究小组使用这种方法在三个不同的干细胞株上测试了1732个潜在的转录因子。研究人员发现290种不同的转录因子会导致iPS转化为分化细胞。这是一个新的领域,因为发现的241个转录因子的iPS程序的这一特性以前是未知的。以神经元为例,结缔组织研究人员进行了各种测试,表明转化后的细胞在功能能力上与人体细胞非常相似。
  研究结果为研究开辟了新的可能性
  布斯坎普说:"鉴定出的转录因子的优点是,它们能够特别快、容易地将iPS转化成身体细胞,而且它们也可能被用来形成更复杂的组织。"几个星期甚至几个月后才发生的事情现在就发生了。而不是昂贵和耗时的协议,一个单一的转录因子是足够确定在大规模筛选的命中。
  "这些结果开辟了新的可能性,"哈佛大学的 George M. Church 博士说。利用转录因子进行干细胞编程的多样性、简单性和速度使得干细胞研究成为可能。在世界范围内,其他50个小组已经在与我们的可编程干细胞系和转录因子库合作。来自哈佛大学的两位主要作者 AlexH.M.Ng 和 Parastoo Khoshaklath 现在已经在美国剑桥创立了一家新的GC公司,提供可编程的干细胞。细胞有定制的整合转录因子。
  布斯坎普说:"不同研究机构之间的合作非常成功,因为不同学科之间的互补和相互联系非常好。"世界各地的研究人员现在可以使用非盈利组织Addgene提供的转录因子资源。
  特别是作为视网膜研究的专家,布斯坎普看到了干细胞技术在眼科的巨大潜力。"对于视网膜退化,如年龄相关性黄斑变性。"巴斯斯坎普说:"有希望在某一时刻,用iPS转换取代受影响的感光器,我的团队正朝着这个目标努力。"
  更多资料:Nature Biotech. DOI: 10.1038/s41587-020-0742-6

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