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诱导多能干细胞有潜力转化为多种细胞类型和组织

诱导多能干细胞(iPS)有潜力转化为多种细胞类型和组织,用于药物测试和细胞替代疗法。但是,这种转换的“配方”通常很复杂且难以实现。德累斯顿工业大学德累斯顿再生疗法中心(CRTD)的研究人员,哈佛大学(美国)和波恩大学发现了一种方法,该方法可以利用转录因子从iPS系统快速,轻松地从iPS中提取数百种不同的细胞,包括神经元,结缔组织和血管细胞。研究人员可以通过非营利组织Addgene使用此转录因子来源。研究结果现已发表在《自然生物技术》杂志上。

研究人员使用了人类诱导的多能干细胞(iPS),将其从结缔组织细胞重新编程为准胚胎状态。原则上,iPS细胞可用于获得从神经元到血管细胞的各种分化细胞,每种配方均可单独调整。“大多数分化方案非常费力且复杂。在单一培养物中无法同时以受控方式从iPS获得不同的细胞类型,”眼科诊所和ImmunoSensation2研究组的Volker Busskamp教授解释说。波恩大学卓越生命集群物理(PoL)博士和德累斯顿工业大学CRTD博士。

他与来自哈佛大学,德累斯顿工业大学和波恩大学的团队一起,旨在用简单的“食谱”代替复杂的程序。通过大规模的筛选过程,研究人员发现了总共290种DNA结合蛋白,可快速有效地将干细胞重编程为靶细胞。研究人员能够证明,在每种情况下,仅一个转录因子就足以在四天内从干细胞中获得分化的神经元,结缔组织,血管和神经胶质细胞。后者将神经元包裹为“绝缘体”。

干细胞分化的基因总机

研究人员使用自动化程序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。的转录因子可以通过添加一个小分子,导致一些转基因干细胞被转换成分化细胞被激活。然后可以使用细胞标记物来区分干细胞和分化的细胞并对其进行自动分选。研究人员随后研究了与干细胞相比,分化细胞中存在多少某种转录因子。Busskamp解释说:“差异越大,各自的转录因子似乎对于iPS转化为分化细胞的重要性就越高。”

研究小组使用这种方法在三种不同的干细胞系上测试了总共1732个潜在的转录因子。研究人员发现了对290种不同转录因子的影响,这些因子导致iPS转化为分化的细胞。这是一个新领域,因为以前未知的是241个发现的转录因子的iPS编程特性。研究人员以神经元,结缔组织,血管和神经胶质细胞为例,进行了各种测试,证明转化后的细胞在功能功能上与人体细胞非常相似。

结果为研究开辟了新的可能性

Busskamp说:“已识别的转录因子的优势在于,它们能够将iPS特别快速,轻松地转化为体细胞,并且还可能被用于形成更复杂的组织。” 现在花了数周甚至数月的时间在几天之内发生。代替昂贵且费时的方案,对于大规模筛选中鉴定的命中而言,单个转录因子就足够了。

哈佛大学的乔治·M·丘奇教授说:“这些结果开辟了新的可能性。” “利用转录因子进行干细胞编程的多样性,简单性和速度使得大规模进行干细胞研究成为可能。全世界已有50个小组与我们的可编程干细胞系以及转录因子文库一起工作。” 哈佛大学的两位主要作者Alex HM Ng和Parastoo Khoshaklagh现在在美国剑桥成立了初创公司GC Therapeutics,该公司为可编程干细胞提供定制的,整合的转录因子。

Busskamp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性和相互联系很好。” 现在,全世界的研究人员都可以使用非营利组织Addgene提供的转录因子资源。

特别是作为退行性视网膜疾病的专家,Busskamp认为干细胞技术在眼科领域具有巨大潜力。“对于视网膜退化的疾病,例如与年龄有关的黄斑变性(AMD),人们希望在某个时候,有可能借助iPS转换来取代受影响的感光细胞,” Busskamp说。“我的团队正在朝着这个目标努力。”

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