Cell子刊：細胞重編程加速藥物篩選
日期：2016-06-21 08:54:53
最近，美國約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員報道稱，一種實驗室培養(yǎng)的人類神經(jīng)細胞可與心肌細胞搭檔，來刺激收縮。因為加速心跳的神經(jīng)細胞來自于由人類皮膚細胞制成的誘導(dǎo)多能干細胞(iPS)，因此研究人員認(rèn)為，這些細胞——稱為交感神經(jīng)細胞，將有助于我們研究影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病，也就是說，科學(xué)家將能夠在實驗室里培養(yǎng)復(fù)制特定疾病的神經(jīng)細胞。
Gabsang Lee博士帶領(lǐng)了這項研究，他說，在某種程度上，他們開展這些實驗，是因為許多有前景的藥物在臨床試驗中卻由于神經(jīng)系統(tǒng)副作用（包括血壓升高）而失敗了。他補充道：“我們的工作提出了一種可能性，即，有一天我們或許能夠，通過在實驗室培養(yǎng)的細胞中進行簡單的測試，而更好地預(yù)測哪些藥物會對我們重要器官的功能產(chǎn)生負(fù)面影響。”相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表于6月16日的《Cell Stem Cell》雜志上。
交感神經(jīng)細胞是所謂的交感神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，或多或少地自動激活和調(diào)節(jié)著呼吸、心率、視覺焦點、消化和恐懼反應(yīng)。這些細胞將大腦與眼睛、血管和大部分內(nèi)臟連接起來，很少受到意識思維的影響。
當(dāng)這些細胞被激活時，它們提示釋放某些信號分子，如去甲腎上腺素，它們可擴張瞳孔和肺部的氣道、收縮血管以提高血壓，并增加心跳的頻率和力量。出故障的交感神經(jīng)細胞可能會導(dǎo)致許多疾病，包括高血壓和其他心臟疾病。
在他們的實驗中，Lee的研究小組從人類胚胎干細胞和誘導(dǎo)多能干細胞開始，然后對它們進行遺傳改造，當(dāng)某些主基因被激活時它們就會發(fā)出綠光，這個簡單的信號表明，細胞正變成交感神經(jīng)細胞。
在嘗試多種化學(xué)物質(zhì)的組合之后，該研究團隊最終找到了一個配方，使得通過不同成熟階段的干細胞——類似于發(fā)生在胚胎發(fā)育期間，成為交感神經(jīng)細胞。他們將細胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和電流，與已知的交感神經(jīng)模式和其他神經(jīng)細胞進行比較，發(fā)現(xiàn)它們確實與普通交感神經(jīng)細胞是一致的。
為了查明實驗室培養(yǎng)的神經(jīng)細胞是否可能與靶細胞正確配對，并直接指導(dǎo)它們的功能，研究人員將三個不同來源的心肌細胞放在一起培養(yǎng)：剛出生的小鼠、小鼠胚胎干細胞和人類iPS細胞。神經(jīng)細胞與三個來源的肌細胞相連，盡管研究人員添加了尼古丁來刺激神經(jīng)細胞，但是只有來自新生小鼠的肌肉細胞更快地通過跳動做出響應(yīng)。Lee說，這個結(jié)果需要進一步研究，但可能是因為一些肌肉細胞還不夠成熟。
Lee說，從好的方面說，因為之前的研究表明，神經(jīng)細胞及其靶組織之間的工作聯(lián)系，可能有助于發(fā)育過程中的神經(jīng)細胞成熟，因此，該研究團隊檢測了與/不與心肌細胞一起生長的神經(jīng)細胞。正如預(yù)測的那樣，根據(jù)所釋放的蛋白質(zhì)，與心肌細胞一起生長的交感神經(jīng)，比隔離的對應(yīng)物變得更成熟。
Lee說：“干細胞領(lǐng)域的關(guān)鍵問題是，我們怎樣才能制備體內(nèi)各種成熟的細胞？現(xiàn)在我們可以制備交感神經(jīng)細胞，但是我們將繼續(xù)研究它們的成熟過程，以查明它們與心臟細胞的連接所引發(fā)的分子變化。”
他的研究團隊也將測試神經(jīng)與其他靶組織配對的能力，如血管和棕色脂肪，它們是由交感神經(jīng)系統(tǒng)控制的，并參與各種疾病，如高血壓、糖尿病和肥胖。(棕色脂肪有助于控制卡路里的消耗和體溫)。Lee說，可以結(jié)合靶組織配對，來研究由這些疾病患者制備而成的神經(jīng)細胞，以了解不同患者的基因錯誤如何影響神經(jīng)的功能。
