PNAS：將干細胞導入“正途”
日期：2012-11-20 07:42:12
多能干細胞是大自然的雙刃劍。因為它們可以形成令人眼花繚亂的細胞類型和組織種類，它們是一種潛在寶貴的治療資源。然而，如果干細胞在機體內開始失去控制進行分化，相同的發育靈活性也可以導致稱作畸胎瘤（teratomas）的危險腫瘤。
為了防止這種結果，研究人員必須在將細胞移植到實驗動物或人體內之前，并非很微妙地將它們推向最終的發育命運。但是實驗室之間這樣的做法存在很大的差異。現在斯坦福大學醫學院的研究人員利用在小鼠上完成的一個實驗想出了一種方法，有可能跳過這一繁瑣的步驟，轉而主要依賴于身體內的信號來實現對干細胞的控制。
斯坦福大學醫學院Michael Longaker 博士說：“在我們能夠利用這些細胞之前，我們不得不沿著一條特異的發育途徑分化或是‘指導’它們。然而總是存在有一個疑問即我們如何能做到這一點，在我們能夠利用這些細胞前我們不得不關閉多少發育之門。在這項研究中，我們發現，有了適當的環境信號，我們可以讓機體來完成這一工作。
Longaker相信通過消除細胞被迫分化過程中所需長時間的實驗室操作，讓機體直接引導分化，有可能加速推動美國食品和藥物管理局批準使用這種多能干細胞。
Longaker.說：“一旦我們確定機體中指導組織的關鍵蛋白和信號，當使用這些干細胞時我們可以嘗試模擬它們。就如水的形狀是由它的容器所決定，細胞會對外部信號做出響應。例如，在未來，如果你想替換一個衰竭的肝臟，你可以將細胞放置在一種可強有力促進肝細胞分化支架或微環境中，并將接種細胞的支架植入到肝臟中讓它們在最佳的微環境中分化。“
在Longaker的個案中，研究人員感興趣的不是肝臟，而是骨形成。Longaker自身是一名兒科整形修復外科醫生，專攻顱面畸形。“想象一下，能夠不用手術而是采用干細胞來治療需要路面骨骼修復的兒童和成人，”他說。
研究人員從麻醉實驗小鼠的頭蓋骨除去4毫米圓骨——這一缺陷足夠大至阻礙骨內源性干細胞的自然愈合性能。他們隨后在受損區域植入一個包被BMP-2蛋白的微小人工支架（過去的實驗證實BMP-2可以刺激骨生長），每個支架上接種100萬個人類干細胞。他們隨后等待并觀察了數月骨骼的再生過程。
Longaker 說：“我們發現人類細胞形成了骨，修復了缺損。此外，作為自然翻轉過程的一部分，隨著時間推移干細胞生成的人類骨骼最終被小鼠骨骼所替代。因此生理上獲得了正常修復。
研究人員將這種再生歸因于骨損傷微環境和包被骨骼生長觸發分子的支架微環境相互連接。
研究人員測試了人類胚胎干細胞和人類誘導多能干細胞（iPS細胞）愈合這一缺損的能力。他們發現將iPS細胞接種到包含BMP-2的支架上可以在移植8周時間內愈合超過96%的缺損。人類胚胎干細胞取得了相似的成功，在8周內愈合了99%的缺損。
除了修復缺損，這一技術生成的危險畸胎瘤也相對較少：研究的42只動物只有兩只形成了腫瘤。相比之下在一種免疫缺陷動物的腎表面下植入的兩種類型的干細胞輕易地形成了畸胎瘤。這是一種標準的實驗室測試證實干細胞的多能性潛力。
Longaker說：“要完全消除畸胎瘤形成我們仍然有大量的工作要做。而我們受到了極大地鼓勵。”他推測將這一技術與其他策略相結合，也許納入其他的細胞類型作為分化干細胞的伴侶，有可能能最終克服這一問題。
Longaker 說“我想看看這一技術的應用有多廣闊。我推測或許可以用于在關節鏡檢查過程中替換關節中受損的軟骨。軟骨無法自身愈合，因此或許你在可以檢測關節之時添加一些細胞，在這種微環境中形成替換組織。”
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