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Cell:定义干细胞重编程阶段的开创性方法

最近,在一项为科学家们提供“干细胞发育及其在疾病中的作用”关键见解的开创性研究中,加州大学洛杉矶分校(UCLA)与Eli&Edythe Broad再生医学与干细胞研究中心的研究人员,在生物化学教授Kathrin Plath博士的带领下,建立了一种史无前例的方法,可定义特化细胞被重编程为干细胞(类似胚胎干细胞)的独特阶段。该研究发表在最近的国际权威杂志《Cell》。
诱导多能干细胞(称为iPSCs)类似于人类胚胎干细胞,这两种细胞具有独特的自我更新能力,具有灵活性,能变成人体中的任何细胞。然而,iPSC细胞是由重编程的皮肤或血细胞产生的,并不需要胚胎。

重编程是一个漫长的过程(大约一至两周),大部分效率不高,通常只有少于1%的原发性皮肤或血细胞能成功地变成iPSC。在重编程过程中一个细胞所经历的确切阶段尚未得到很好的理解。这方面的知识是非常重要的,因为iPSCs在再生医学领域具有很大的应用潜力,它们可以提供患者特异性细胞的单一来源,替换那些因损伤或疾病而失去的细胞。它们也可以被用来制备新的疾病模型,利用这些模型可以开发新的药物和治疗方法。

Plath说:“这项研究具有广泛的影响,因为通过深入了解细胞重编程,我们就可以完善疾病模型,提供适合于再生疗法的患者特异性特化细胞的更好来源。这最终也会为各种各样疾病带来新的、更好的治疗方法,使患者受益。”

本文共同第一作者、Plath 实验室博士后研究人员Vincent Pasque和Jason Tchieu,利用详细的时间过程分析,制定了重编程过程的路线图。他们诱导皮肤细胞重编程为iPSC,然后每天或每隔一天在单细胞水平上观察和分析变换过程。在长达两周的时间内收集和记录数据。

Plath的研究小组发现,在重编程期间细胞中发生的变化,是以一种连续的、循序渐进的方式发生,而且更重要的是,这些阶段在所有不同重编程系统和所分析的不同细胞类型之间是相同的。

Pasque说:“现在,任何细胞重编程的确切阶段都可以被确定。这项研究标志着思维上的一个巨大转变,因为它为科学家提供了简单而有效的方法,以一种循序渐进的方式研究干细胞生产。目前为止,大部分研究都忽略了重编程的阶段,但是我们现在可以在宏观与微观层面上更好地了解这个过程。”

Plath研究小组进一步发现,重编程为iPSC的阶段,与我们所预料的有所不同。他们发现,它不单纯是胚胎发育各阶段的反向顺序。有些步骤按照预期的顺序被颠倒;而其他步骤并没有以精确的倒序发生,并抗拒改变,直到重编程为iPSCs的末期阶段。

Pasque说:“这反映了细胞多么不喜欢从一种特化细胞类型变为另一种,并抗拒细胞身份的改变。抵抗重编程也有助于解释,为什么重编程只发生在一小部分的起始细胞中。”

根据这些调查结果,Plath实验室计划进一步开展研究,在重编程特定阶段主动分离特定细胞类型。他们也希望这项研究将鼓励更多科学家深入研究iPSC发育的特征。

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