Sci,Adv：神奇！利用單分子就可以誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成為成骨細(xì)胞

Sci,Adv：神奇！利用單分子就可以誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成為成骨細(xì)胞

2016年09月03日訊 近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Science Advances上的研究報(bào)告中，來(lái)自加利福尼亞大學(xué)的研究人員通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)便且有效的方法，即給誘導(dǎo)人類多能干細(xì)胞“喂以”機(jī)體中的天然分子腺甘酸，就可以使其再生成為骨質(zhì)組織，這種源于干細(xì)胞的骨質(zhì)組織可以在不產(chǎn)生腫瘤或誘發(fā)感染的情況下幫助修復(fù)小鼠的顱骨缺陷。

該項(xiàng)研究或?qū)椭芯空唛_(kāi)發(fā)治療嚴(yán)重骨質(zhì)缺失及遭受外傷性骨創(chuàng)傷患者的新型再生醫(yī)學(xué)療法，同時(shí)研究者或許也能夠開(kāi)發(fā)出一種低廉方便的方法制造純種的成骨細(xì)胞。研究者Shyni Varghese教授表示，我們的一個(gè)研究目的就是通過(guò)開(kāi)發(fā)有效簡(jiǎn)便的方法來(lái)對(duì)人類細(xì)胞和組織進(jìn)行工程化操作，從而開(kāi)發(fā)新型的再生療法，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)體中任何一種類型的細(xì)胞，比如肌肉細(xì)胞、心臟細(xì)胞等，這個(gè)過(guò)程稱之為分化，正由于具有這種特性，因此誘導(dǎo)多能干細(xì)胞才具有一定的治療潛力，幫助修復(fù)或再生多種組織和器官。

然而促使誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化成為任何一種類型的細(xì)胞并不簡(jiǎn)單，干細(xì)胞的直接分化就好比遵循一種復(fù)雜的菜譜一樣，其中包含了多種組分和步驟；而科學(xué)家們面對(duì)的另外一種挑戰(zhàn)則是如何制造出不能產(chǎn)生腫瘤的器官或組織（基于干細(xì)胞分化產(chǎn)生），研究者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，他們可以通過(guò)向培養(yǎng)基中添加腺苷酸來(lái)控制人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化成為功能性的成骨細(xì)胞，這就好比機(jī)體中的活體骨質(zhì)細(xì)胞一樣，產(chǎn)生的成骨細(xì)胞就可以構(gòu)建含有血管的骨質(zhì)組織，當(dāng)將這些新生的骨質(zhì)組織移植到骨質(zhì)缺陷的小鼠機(jī)體中時(shí)，成骨細(xì)胞就可以在不產(chǎn)生任何腫瘤的情況下形成新生的骨組織。

研究者Varghese說(shuō)道，這讓我們覺(jué)得非常不可思議，一種單一分子竟然可以指導(dǎo)干細(xì)胞的命運(yùn)，而且我們并不需要制造由小分子、生長(zhǎng)因子或其它混合物組成的混合制劑；此前研究中我們通過(guò)研究揭示了骨組織中的磷酸鈣如何誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成為成骨組織，而且干細(xì)胞可以攝入磷酸鈣來(lái)產(chǎn)生ATP，隨后破碎腺苷酸并且向干細(xì)胞發(fā)送信號(hào)使其轉(zhuǎn)化成為成骨細(xì)胞。

如今研究者想知道如果繞過(guò)上述途徑，僅僅添加腺苷酸會(huì)是什么反應(yīng)，目前他們正在進(jìn)行更為深入的研究來(lái)闡明腺苷酸信號(hào)如何促進(jìn)骨質(zhì)形成，截至目前為止，他們發(fā)現(xiàn)在干細(xì)胞表面發(fā)現(xiàn)了一種名為A2bR的受體，該受體可以結(jié)合腺苷酸，但其中所涉及的機(jī)制目前還不清楚。

什么是干細(xì)胞，分幾種類型？

干細(xì)胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞群體，即這些細(xì)胞可以通過(guò)細(xì)胞分裂維持自身細(xì)胞群的大小，同時(shí)又可以進(jìn)一步分化成為各種不同的組織細(xì)胞，從而構(gòu)成機(jī)體各種復(fù)雜的組織器官。目前，通常將干細(xì)胞分為全能干細(xì)胞（如胚胎干細(xì)胞可以分化形成所有的成體組織細(xì)胞，甚至發(fā)育成為完整的個(gè)體）、多能干細(xì)胞（具有多向分化的潛能，可以分化形成除自身組織細(xì)胞外的其他組織細(xì)胞，如造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞等）和專能干細(xì)胞（維持某一特定組織細(xì)胞的自我更新，如腸上皮干細(xì)胞）。胚胎干細(xì)胞的分化和增殖構(gòu)成動(dòng)物發(fā)育的基礎(chǔ)，即由單個(gè)受精卵發(fā)育成為具有各種組織器官的個(gè)體；成體干細(xì)胞的進(jìn)一步分化則是成年動(dòng)物體內(nèi)組織和器官修復(fù)再生的基礎(chǔ)。

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞可以人工合成嗎

不能說(shuō)人工合成，但可以說(shuō)人工誘導(dǎo)。
2006年日本京都大學(xué)Shinya Yamanaka在世界著名學(xué)術(shù)雜志《細(xì)胞》上率先報(bào)道了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究。他們把Oct3/4,Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉(zhuǎn)錄因子基因克隆入病毒載體，然后引入小鼠成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與胚胎干細(xì)胞相似。
誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞最初是日本科學(xué)家山中伸彌（Shinya Yamanaka）于2006年利用病毒載體將四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc）的組合轉(zhuǎn)入分化的體細(xì)胞中，使其重編程而得到的類似胚胎干細(xì)胞和胚胎APSC多能細(xì)胞的一種細(xì)胞類型。隨后世界各地不同科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其它方法同樣也可以制造這種細(xì)胞。
2012年10月8日，John B. Gurdon 與 Shinya Yamanaka 因此獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
2016年3月10日，由日本大阪大學(xué)眼科學(xué)教授西田幸二等人組成的科研小組在世界上首次發(fā)表了成功利用人工誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)一并培育出部分角膜、晶體和視網(wǎng)膜等眼睛主要部位細(xì)胞的研究成果。該成果被發(fā)表在本月9日的英國(guó)科學(xué)雜志《自然》電子版上。

干細(xì)胞醫(yī)療技術(shù)成熟嗎？可以治愈哪些方面的疾??？

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMMSCs)是存在于骨髓中不同于造血干細(xì)胞(HSCs)的另一類骨髓干細(xì)胞BMMSCs作為具有多向分化潛能的干細(xì)胞，在體外不同的誘導(dǎo)條件下可分化為骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肌腱、肌肉細(xì)胞以及神經(jīng)細(xì)胞等，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景。近年來(lái)的研究已經(jīng)證實(shí)， BMMSCs除具有支持體外造血，促進(jìn)體內(nèi)造血重建功能外，對(duì)同種異體免疫反應(yīng)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用_2]，但其具體機(jī)制尚不清楚。我們通過(guò)研究BMMSCs對(duì)異體淋巴細(xì)胞增殖的影響，觀察BMMSCs的免疫調(diào)節(jié)作用，進(jìn)一步探討B(tài)MMSCs的免疫調(diào)控機(jī)制。
近年來(lái)，因BMMSCs的造血支持、多向分化以及免疫調(diào)節(jié)等作用逐步被發(fā)現(xiàn)而引起人們的廣泛關(guān)注，使其在細(xì)胞治療、基因治療、組織工程等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。而其免疫調(diào)節(jié)方面的作用則
更引起人們的重視。體外研究表明[4]，當(dāng)與自體或異基因外周血淋巴細(xì)胞共同培養(yǎng)時(shí)，BMMSCs不表現(xiàn)出明顯的增殖反應(yīng)。分別將BMMSCs作為刺激細(xì)胞、反應(yīng)細(xì)胞和第三方細(xì)胞，加入混合淋巴細(xì)胞培養(yǎng)中，或?qū)⒆泽w或異體BMMSCs加入有絲分裂原刺激的外周血淋巴細(xì)胞中培養(yǎng)，可不同程度地抑制T細(xì)胞的活化，且此種免疫調(diào)節(jié)作用不受MHC差異的限制。Far—ida等 將C3 BMMSCs(小鼠BMMSCs細(xì)胞系)與來(lái)自BALB／c小鼠的脾細(xì)胞(作為反應(yīng)細(xì)胞)及不同品系(C H，NOD，DBA 等)的小鼠脾細(xì)胞(作為刺激細(xì)胞)共孵育，發(fā)現(xiàn)不論上述何種混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)體系，BMMSCs均可將反應(yīng)細(xì)胞的增殖降至原有的52 9／6～91 9／6。我們的研究結(jié)果與之相似，在PHA的刺激下， BMMSCs對(duì)異體淋巴細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)化抑制率達(dá)6()．68 9／6。BMMSCs發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制目前還不十分明確，有學(xué)者認(rèn)為BMMSCs通過(guò)上調(diào)CD8、CD28一T細(xì)胞抑制T細(xì)胞的增殖[6]，有學(xué)者認(rèn)為BMMSCs通過(guò)分泌TGF-t~I抑制T細(xì)胞的增殖_7]，還有一些學(xué)者認(rèn)為吲哚胺2，3一二氧化酶(IDO)催化的色氨酸變性介導(dǎo)了BMMSCs的免疫調(diào)節(jié)作用_8]。但不管其作用機(jī)制究竟如何，BMMSCs發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的功能是明確的，這一研究結(jié)果為降低HLA不相合異基因造血干細(xì)胞移植中移植物抗宿主病 (GVHD)的發(fā)生提出了一條新思路，將使更多的異基因造血干細(xì)胞移植受者受益。
美國(guó)科學(xué)家正在培育全球第一顆人工心臟，并可望在1周內(nèi)讓它“出現(xiàn)心跳”。他們以特殊藥劑洗去捐贈(zèng)者心臟的細(xì)胞，獲得一顆“幽靈心臟”后，再將人類的干細(xì)胞植入并培育。據(jù)了解，這項(xiàng)破天荒的技術(shù)有機(jī)會(huì)補(bǔ)充器官捐贈(zèng)的不足，同時(shí)也能避免排斥現(xiàn)象產(chǎn)生。
自2007年開(kāi)始，陸續(xù)出現(xiàn)人工器官培植的研究，一批英國(guó)科學(xué)家試圖利用病人的骨髓，經(jīng)由干細(xì)胞培育技術(shù)，成功制造出人類的心臟瓣膜，后來(lái)則有其他科學(xué)團(tuán)隊(duì)育出鼠心，豬心等人工動(dòng)物心臟。
這次明尼蘇達(dá)大學(xué)的泰勒博士（博士多麗絲泰勒）率領(lǐng)研究人員，將捐贈(zèng)者遺體上的心臟取出，以界面活性劑洗去肌肉細(xì)胞，僅留下蛋白骨干及架構(gòu)，成為一顆白色半透明的“幽靈心臟“;再來(lái)他們將患者的數(shù)百萬(wàn)顆干細(xì)胞注入，讓它們附著在支架上，分裂并自行生長(zhǎng)，最后就會(huì)發(fā)展成健康的心臟。
泰勒博士表示，這項(xiàng)研究過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，在植入干細(xì)胞之后，還須搭配各種營(yíng)養(yǎng)劑，直到干細(xì)胞“認(rèn)出”心臟支架后，才會(huì)分裂成心臟細(xì)胞。

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