徹底改變成人干細胞培養的新程序

日期：2016-06-17 09:02:16

最近，馬薩諸塞州總醫院(MGH)開發的一種新程序，可能徹底改變成人干細胞的培養。相關研究結果將發表在8月6日出版的《Cell Stem Cell》，該研究小組利用肺病常規治療過程中采集到的幾種組織樣本，生成和擴增了氣管干細胞。整個方法也適用于其他組織類型，包括皮膚和消化道、生殖道的內皮組織。

這項研究的資深作者、MGH再生醫學中心和哈佛干細胞研究所的Jayaraj Rajagopal博士指出：“這種新方法為研究任何呼吸道疾病，開辟了新的途徑，如哮喘或慢性阻塞性肺病。雖然在過去我們只能擴增幾代的干細胞，但是現在我們有能力產生充足的細胞，來持續多年來多個實驗室的實驗。我們的系統也很簡單，從而避免了以前培養系統的復雜性，并使其更容易用于許多實驗室。”

科學家曾經提出許多假說，來解釋維持培養的干細胞的有限能力——包括保護染色體末端的端粒缺失和細胞衰老。Rajagopal的團隊專注于一個細胞信號通路，已知它可調節細胞生長和分化的關鍵過程，在這個通路中，細胞變得更專門化，并失去了產生其它細胞類型的能力。通過某些蛋白質（如TGF-β和骨形態發生蛋白BMP）的激活，這條途徑可借助于稱為SMADs的細胞內蛋白質，傳送信號到細胞核。

研究人員調查了抑制SMAD通路是否能通過阻止分化而促進培養成人干細胞的擴增。在一系列的實驗中，他們首先確認，TGF-β/ BMP和SMAD信號在分化細胞中是活躍的，而不是成人干細胞。研究人員發現，阻斷SMAD信號可以防止小鼠氣管干細胞的分化，接著他們發現，阻斷TGF-β和BMP通路，可允許多代氣管干細胞的擴增。他們能夠從氣管鏡檢（通常用于診斷或監測氣道疾病）過程中采集的樣本，生成人類氣管干細胞。值得注意的是，研究人員也成功地利用一些痰樣品（在咳嗽時被驅逐出呼吸道的液體），生成和維持了氣道干細胞。

Rajagopal說：“如果我們能找到方法來誘發含有大量干細胞的咳嗽樣品，我們的技術將提供最小的侵入性方式，從任何器官獲取干細胞，如果我們可以改善這個過程，從100%的痰液樣本中產生干細胞培養物，我們就可能獲得樣品，在實驗室中研究肺部疾病，侵襲性比抽血還要小。”

他說：“我們還發現，相同的方法適用于許多身體的組織，從皮膚到食道到乳腺。目前，這些器官組織許多是不能培養的，所以這些領域的科學家們，將能夠利用其他微創程序獲得的樣品（包括分泌物的集合）來生成干細胞。如果這一切成為可能，這將是疾病個性化醫療的一個很大進步。”

哈佛醫學院醫學副教授Rajagopal闡述稱，能夠維護和擴增成人干細胞種群的能力，將會改善疾病過程的建模，允許我們使用患者來源的細胞，篩選潛在的治療藥物，并使我們能夠使用強大的CRISPR-Cas9基因編輯技術，來制備“基因敲除/敲入”細胞模型。“在很多疾病——尤其是肺部疾病中，小鼠是一種非常可憐的人類疾病模型，所以這種能力開辟了新的視域，將人類遺傳學應用于人類肺細胞和疾病模型。”

他補充說，這種技術可去除傳統用來支持培養氣管干細胞的小鼠細胞所引入的污染風險，應該能夠提高干細胞為基礎的治療的安全性。而這種新程序可維持多代成人干細胞的功能，最終它們開始惡化，這使得減少甚至消除這個功能損失，成為了下一個重要的目標。Rajagopal說：“我們有很多的想法和合作，試圖找出方法讓這些細胞近乎完美。問題可能是遺傳學的或表觀遺傳學的，MGH在這兩個領域已經有相當多的專業知識。”

人類多能干細胞（hPSCs）能夠成長為幾乎任何的細胞類型，這使得它們成為研究早期人類發育和疾病的動態工具，為此科學家們一直都在探索新的方法，來更有效地制備它們。2015年2月，斯克里普斯研究所（TSRI）和加州大學（UC）圣迭戈醫學院的研究人員帶領的一項新研究表明，某些特定干細胞培養方法與DNA突變增加有關。這項研究為研究人員指出了更安全和更可靠的干細胞培養方法，來治療疾病和損傷。相關研究結果發表在PLOS ONE雜志。