中美學(xué)者PNAS：利用細(xì)胞力學(xué)獲得干細(xì)胞
日期：2014-12-16 08:57:54
最近，來(lái)自南京醫(yī)科大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)和布法羅大學(xué)（UB）的科學(xué)家們，僅僅利用機(jī)械應(yīng)力，將通常用作模型細(xì)胞的細(xì)胞（稱(chēng)為無(wú)限增殖化細(xì)胞），轉(zhuǎn)換為干細(xì)胞樣（stem-like）的細(xì)胞。他們沒(méi)有采用以前可能有危險(xiǎn)的技術(shù)（也可獲到相似結(jié)果）。
研究人員使用“干細(xì)胞樣”細(xì)胞這個(gè)術(shù)語(yǔ)，來(lái)描述組織培養(yǎng)中具有許多干細(xì)胞生化標(biāo)記的細(xì)胞。今后研究的重點(diǎn)，將是確定它們是否能夠分化。
相關(guān)研究結(jié)果最近發(fā)表在《PNAS》雜志。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變組織培養(yǎng)中的神經(jīng)元或其他類(lèi)型細(xì)胞上的機(jī)械應(yīng)力，可讓它們重編程為“干細(xì)胞樣”的細(xì)胞。
本文資深作者、UB生理學(xué)和生物物理學(xué)系的特聘教授Frederick Sachs表示：“在組織培養(yǎng)中的正常細(xì)胞類(lèi)型是伸展開(kāi)的，有分化的內(nèi)部組織，但是改變細(xì)胞的力學(xué)，可使細(xì)胞變成球形的細(xì)胞集群，它們有很多干細(xì)胞的生化標(biāo)記。”
本文第一作者、UB生理學(xué)和生物物理學(xué)系的助理教授Fanjie Meng開(kāi)發(fā)的一種基因編碼光學(xué)探針的發(fā)展，使得這項(xiàng)干細(xì)胞的研究進(jìn)展成為可能。探針測(cè)量的是肌動(dòng)蛋白的機(jī)械應(yīng)力，肌動(dòng)蛋白是存在于所有細(xì)胞的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)蛋白。肌動(dòng)蛋白參與肌肉收縮和許多細(xì)胞過(guò)程，包括細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞如何形成和它們?nèi)绾我苿?dòng)。
肌動(dòng)蛋白探針將為研究人員提供一種方法，實(shí)時(shí)地研究機(jī)械應(yīng)力如何影響活的細(xì)胞、組織、器官和動(dòng)物。
Sachs解釋說(shuō)：“這種探針可讓我們首次測(cè)量活細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白的應(yīng)力。我們甚至在單個(gè)活細(xì)胞中看到了肌動(dòng)蛋白微絲的應(yīng)力梯度漸變。”
Sachs繼續(xù)說(shuō)：“現(xiàn)有大部分的生物力學(xué)都將要被重新考慮，因?yàn)樵S多研究認(rèn)為應(yīng)力是均勻的。肌動(dòng)蛋白探針表明，干細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白纖維的張力，高于正常細(xì)胞。這讓我們感到非常驚訝。”他補(bǔ)充說(shuō)，雖然眾所周知力學(xué)在細(xì)胞過(guò)程中發(fā)揮一定的作用，但是因?yàn)楹苌儆蟹椒軠y(cè)量特定蛋白質(zhì)的應(yīng)力，因此對(duì)于細(xì)節(jié)我們還了解甚少。一個(gè)臨床相關(guān)的例子就是轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞——致命的細(xì)胞種類(lèi)，具有不同于親本腫瘤細(xì)胞的力學(xué)。
Sachs說(shuō)：“這種探針將能夠讓癌癥研究人員更好地了解，是什么使細(xì)胞變成轉(zhuǎn)移性的？”
研究人員制備了表達(dá)這些探針的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（線(xiàn)蟲(chóng)和果蠅），表明這些探針對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性，因此，可以在所有動(dòng)物中進(jìn)行研究。
該研究小組使用力學(xué)將正常細(xì)胞重編程為干細(xì)胞的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于，它無(wú)需結(jié)合特異DNA序列的化學(xué)轉(zhuǎn)錄因子，這些轉(zhuǎn)錄因子被證明是臨床危險(xiǎn)的。
他解釋說(shuō)：“臨床上干細(xì)胞的使用一直是充滿(mǎn)爭(zhēng)議的，部分是因?yàn)楸仨毷褂糜卸镜霓D(zhuǎn)錄因子。我們可以簡(jiǎn)單地通過(guò)改變細(xì)胞力學(xué)獲得干細(xì)胞，將使干細(xì)胞療法更接近于臨床。”
干細(xì)胞已引起醫(yī)學(xué)的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗鼈兡軌蚍只癁樯眢w各種類(lèi)型的細(xì)胞，能夠再生和修復(fù)受損的組織。
本文共同作者還包括南京醫(yī)科大學(xué)的郭軍（Jun Guo）、首都醫(yī)科大學(xué)的王躍秀（Yuexiu Wang）。該研究是由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、美國(guó)國(guó)防部和布法羅兒童協(xié)會(huì)資助支持。
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