多能干细胞具有一个卓越的特性就是能够在实验室中维持永生,在适当的条件下它们能够无限地分裂和生长。事实证明,这种能力也可以进一步沿着发育路径,在负责生成特定组织的主力祖细胞身上保留下来。
来自莫格里奇(Morgridge)研究院的一个研究小组发现了一种方法,可以使得负责生成血液和血管组织的小鼠前体细胞处于一种永生样状态。通过调控少数的基因,研究人员让这些细胞“陷在”了一种自我更新状态,它们能够生成功能性的内皮、血液和平滑肌细胞。
这些发表在11月13日《Stem Cell Reports》杂志上的研究结果,为我们指出了一种潜在的新方法,在实验室环境下开发出可用于药物筛查、治疗以及作为基本研究工具的细胞。
领导这一研究小组的是世界干细胞领域的风云人物、莫格里奇研究院再生生物学主任、国际细胞动力学公司创始人兼首席科学家James Thomson博士。Thomson的主要贡献包括1998年首次分离出人体胚胎干细胞,2007年成功诱导人体多能干细胞。《时代》杂志因他在人体胚胎干细胞方面的贡献把他作为2001年美国医学封面人物,2008年又把他评为全球最有影响力的百人之一。2011年,他与山中伸弥共同获得费萨尔国王国际奖和阿尔巴尼医学中心奖。
论文的主要作者、再生生物学研究人员David Vereide说:“对我而言最大的收获就是能够控制住这些细胞的发育。通常情况下,这些细胞生命短暂,耗尽自身分化生成特异的细胞类型,但我们找到了一种方法来打断这一过程。”
人们认为在发育过程中,血液和血管细胞都起源于称作为成血成
血管干细胞(hemangioblast)的前体细胞。这项研究确定了给这些细胞施加6个转录因子——Gata2、 Lmo2、Mycn、Pitx2、Sox17和Tal1,可使得成血成血管干细胞在数代内保持增殖。转录因子是一类能够调控基因组中哪些基因开启或关闭的蛋白质。
在这种情况下,这些转录因子为这些细胞工厂“提供了电能”,让它们持续地分裂和扩增。
Vereide说,这项研究令人兴奋的一个组成部分就是,它能够大大提高生成具有研究和治疗价值的细胞类型的效率。祖细胞,这些可生成特定组织的干细胞的“子女”,往往是生成机体关键的构件细胞——脑、血管、骨骼等的最后步骤。
Vereide说,胚胎干细胞远离功能细胞类型。例如,当它们分为为肌肉或神经元时,它们要在数周到数月内经过多个步骤,每一步都降低了效率,增加了突变的可能性。
Vereide 说:“拥有这些可培育的前体细胞的价值在于,你不必经历所有这些步骤,而更加接近于具有医学价值的这些功能性细胞类型。不用经历20个步骤,而只需一步或两步。如果你可以减少其中一些步骤,对于以细胞为基础的一些治疗策略其会更具吸引力。”
Vereide说,这项研究提供了一个“原理证明”:并不只是干细胞具有永生样状态。Vereide的下一步将转向人类干细胞,以生成能够具有各种用途促进人类健康的祖细胞。
Vereide说他对于在其他细胞类型中证实这一原理持乐观态度。“我希望其他的科学家们能够从中得到启发。如果你深入地去研究任何组织的前体状态,你都将有可能找到一些在细胞皿中驱动这些前体细胞扩增的核心因子。”