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中国科学家研发出“魔法药水”可让细胞返老还童

中国科学家研发出“魔法药水”可让细胞返老还童

原标题:中国科学家开发了诱导多能干细胞的高效化合物新方法”

最近,有了一种新的方法来快速、良好地诱导多能干细胞。研究人员开发了一套魔法药水”,依次使用它作为细胞洗澡”,它能快速、好地实现各种体细胞类型返老还童”。

经过五年的研究,由中国科学院广州生物医学与健康研究所研究员裴端清领导的研究团队揭示了化学方法制备干细胞的科学原理,为诱导多能干细胞的研究和优化制备方法提供了新的科学视角和解决方案。相关成果发表在国际干细胞权威杂志上Cell Stem Cell(细胞·在干细胞上。

研究人员加入细胞魔法药水”

中国科学院广州生物医学与健康研究院供图

以干细胞为种子”,培养可替代自身病变或衰老的器官组织

返老还童”这是一个神奇的词。几千年来,许多古今中外的君主帝王都痴迷于它,现代人不断追求永恒的青春。如今,细胞水平返老还童”成为实验室现实的关键技术是制备干细胞。

那么什么是干细胞呢?简而言之,干细胞是一种会议变”的细胞。

首先,它有自我更新能力,可以在动物胚胎和组织中一直分裂并保持原本的未分化状态。其次,它具有分化的能力,也就是变”能力,在不同的培养条件下,可以成为不同类型、不同功能的细胞。第三,它是一种在细胞发育过程中处于原始阶段的不完全成熟的细胞。

我们身体的几乎所有组织和器官都含有干细胞,如神经干细胞、造血干细胞、生殖干细胞、间充质干细胞等。这些干细胞被称为成体干细胞,因为它们只能进一步分化到特定类型的细胞。

成体干细胞就像树干,胚胎干细胞相当于树根。胚胎干细胞不仅能保持无限的自我更新特征,还能分化为体内各种组织细胞类型,一直被认为是最具临床应用价值的‘万用细胞’。”裴端卿说,也就是说,在不同的培养条件下,它可以成为不同类型、不同功能的细胞,就像孙悟空一样,想要变得美丽,想要变得英俊,想要变得英俊。”

干细胞是一个大家庭,根据不同的分类标准可以分为许多类别。上述成人干细胞和胚胎干细胞仅根据干细胞的来源标准进行分类。根据其发育水平和分化能力,也可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

裴端卿说:全能干细胞,如受精卵,是干细胞的最高状态,最终发育成完整的个体和胚胎组织;多能干细胞,如胚胎干细胞,是具有无限增殖和多向分化潜力的干细胞,可分化为个体的所有器官和组织;单能干细胞,如造血干细胞和神经干细胞,只分化为几种密切相关的细胞类型。”

总之,干细胞神通广大”,可用于医学和基础研究的许多领域。然而,最接近现实的是再生医学,即干细胞种子”,培育器官组织,替代受损、自身病变或衰老的器官组织。

通过化合物诱导干细胞合物诱导干细胞多样性返老还童”

那么,我们如何在实验室里获得干细胞呢?科学家可以通过体外分离培养获得干细胞。体细胞通过引入外源性基因分化为多能干细胞,我们称之为诱导多能干细胞。

007年,日本科学家山中伸弥的团队发明了诱导表皮细胞变成多能干细胞的方法。这种方法诱导的干细胞可以转化为心肌和神经细胞,为各种心血管绝症的研究和治疗提供了巨大的帮助。这种方法被业界称为山中伸弥法”,其研究成果免除了利用人体胚胎提取干细胞的伦理限制,因此在世界各地得到了广泛的应用。山中伸弥队还获得了2012年诺贝尔生理或医学奖。

然而,山中伸弥法”仍然存在缺陷。它利用病毒载体进行基因运输,具有致癌隐患,未来临床应用风险较大。后来,一些科学家利用化学小分子代替山中伸弥因子诱导多能干细胞,但存在步骤多、时间长、效率低、机制不清等缺点。

经过多年的研究,裴端卿领导的研究团队开发了一套高效简单的化学小分子诱导多能干细胞的方法,即化合物诱导干细胞多能性。

裴端卿说:我们的计划只需要使用两种不同的细胞‘药水’依次‘洗澡’,能使体细胞‘返老还童’到胚胎干细胞的状态。该方法比以前的方案简单、高效,所需的初始细胞较少。更重要的是,它可以实现各种体细胞类型‘返老还童’,包括肝细胞以培养的肝细胞。”

为促进再生医学的发展,开辟药物诱导细胞命运转变的新方向

这些神奇的魔法药水”如何将成体细胞诱导到胚胎发育早期的多能干细胞状态?研究发现,细胞的命运在细胞核中信息中枢”染色质状态控制。

细胞染色质的开放(1)和关闭(0)的总和决定了细胞的命运。这种情况就像计算机二进制‘密码串’,进而将细胞‘锁’在特定状态下。”裴端卿说。

研究小组进一步发现,在成体细胞开放染色质位点周围AP—1及ETS在胚胎干细胞中,等待转录因子的家庭成员看守OCT,SOX 和KLF 等待家庭成员看守转录因子。细胞的返老还童”也就是说,成体细胞的特殊染色质从开放到关闭,而干细胞的特殊染色质从关闭到开放。

裴端卿说:我们的研究是用药物精细调节细胞染色质‘密码串’在密码状态上,首先使用一组药物来命运体细胞‘解锁’,然后用另一组药物将细胞命运驱动到多能干细胞状态,从而实现细胞命运‘返老还童’。”

有趣的是,研究人员还发现药物驱动细胞返老还童”青春期,即药物先驱动细胞返回GATA 和FOX细胞染色质中间态被家庭成员转录,然后进一步回到类似胚胎发育早期的多能干细胞状态。该发现反映了药物驱动细胞返老还童”在解锁”为药物诱导细胞命运转变的应用研究提供了理论指导。

由于庆团队的化合物诱导干细胞多功能方法操作简单,诱导过程条件均匀,标准化,将为干细胞应用提供安全高效的干细胞制备方法,具有广阔的应用市场。同时,为药物诱导细胞命运的转变提供了新的方向,将极大地促进干细胞和再生医学的发展,为中国的医疗卫生事业服务。

中国科学院上海药物研究所研究员、国家新药筛选中心副主任谢欣表示,该研究方法与传统诱导方法有显著差异,是一种新的机制。该研究大大提高了诱导效率,预计化学诱导将成为诱导多能干细胞的传统方法。更重要的是,该研究使中国在化合物诱导多能干细胞领域处于世界领先地位。

未来可根据所需干细胞类型设计特定药水,有目的地诱导各种干细胞。”裴端卿说,这只是一个开始,现在正在进一步研究如何大幅缩短细胞浸泡”时间,提高效率。

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