Nature方法：干細胞分離新技術
日期：2013-04-09 09:02:28
根據細胞間容易分辨的粘附力物理差異，一項新的分離技術有可能幫助擴大細胞重編程的干細胞生產量。通過推動新的研究，這一分離技術還可能促使改進重編程技術，幫助科學家們模擬某些疾病過程。發表在4月7日《自然方法》（Nature Methods）雜志上的一篇論文對這一分離技術進行了詳細的描述。
重編程技術使得一小部分的細胞（通常取自皮膚或血液）能夠變成人類誘導多能干細胞(hiPSCs)。這些hiPSCs具有生成廣泛的其他細胞種類的能力。通過獲取來自患者自身身體的細胞，重編程技術為有一天能夠實現再生治療，例如提供新心臟細胞治療心血管疾病，或新的神經元治療阿爾茨海默氏癥或帕金森氏病帶來了希望。
然而目前細胞重編程技術的效率較低下，生成的目的細胞混合物只占總體細胞的一小部分。當前分離多能干細胞是一個費時的過程，需要一定的技術水平，因此限制了該技術的使用，阻礙了有潛力的治療。
為了解決這一問題，來自喬治亞理工學院的研究人員證實，根據細胞與一個微型微流體設備中基板的粘附度，可利用一種可調過程進行細胞分離。由于hiPSCs的粘附性和與之混合的細胞存在顯著的差異，這使得分離出的潛在治療細胞純度可以達到99%。
完成這一高通量的分離過程，只需不到10分鐘的時間，不依賴于抗體等標記技術。由于它能夠分離完整的細胞克隆，避免了損害細胞，使得細胞生存率超過80%。生成的細胞維持了正常的轉錄譜、分化潛能和核型。
研究的課題領頭人、喬治亞理工學院Andrés García 說：“分離的原理是基于粘附強度物理現象，它受到基礎生物學的調控。這是一個非常強大的平臺技術，它易于執行，易于擴展。”
國立衛生研究院下屬國立綜合醫學研究所的Paula Flicker說：“科學家們應用他們對于人類多能干細胞粘附性的新認識，開發了一種快速、有效的方法，用來分離這些具有醫學重要性的細胞。他們的工作創新性地將基礎生物學發現轉化為了一種具有臨床潛力的策略。
喬治亞理工大學干細胞工程中心主任Todd McDevitt說，一項改進的分離技術對于將重編程生成的誘導多能干細胞轉化為可行性治療至關重要。
McDevitt 說：“用作研究用途，依賴標記試劑分離細胞不是個大問題。但當我們進入到人類細胞治療商業化和生產時，我們需要一種無偏倚的、可擴展的技術方法。”
這一被命名為µSHEAR（micro stem cell high-efficiency adhesion-based recovery）的分離技術，使得整個實驗室流程標準化，不受用戶技術水平的影響，可提供一致的結果。
這一µSHEAR技術放棄了了解隨重編程過程進展細胞的形態學改變。利用一種自轉的磁盤設備，研究人員對hiPSCs、來源體細胞、部分重編程細胞，和開始分化的重編程細胞的粘附性進行了測試，他們測量了其“粘性特征”——即將細胞與包被特異蛋白質的基板分離所需的力度。
在測試中，研究人員首先使培養細胞與基板結合，然后讓它們經受一種緩沖液流動沖洗。粘附特性較低的細胞會在較低的流速下與基板分離。通過改變流速，研究人員能夠分離出特定類型的細胞，使得生成的干細胞培養物純度達到99%，這些細胞只占總體培養物的百分之幾。
García 解釋說：“在重編的不同階段，我們看到控制粘附力的細胞結構分子組成和分布存在著差異。一旦我們知道每種細胞類型的粘附力范圍，我們就可以運用這些狹小的范圍，來選取在每個范圍內脫離的細胞群體。”
García說，采用廉價的一次性“盒子”，可以擴展這種微流體系統，從而提高生成的細胞量，提供特異的分離。
不同于現有的標記技術，新的分離過程可運用于細胞克隆，避免了打散克隆進行分離造成的細胞破壞風險。研究人員已用重編程血細胞和皮膚細胞對這一分離過程進行了檢測。
除了直接應用于生產干細胞，這一分離技術還可能有助于科學家們開展其他需要進行細胞分離的研究，包括有潛力改進重編程技術。
McDevitt說：“細胞重編程就是一個黑匣子。你啟動這一重編程過程，當細胞完全重編程之時，你可以憑視覺挑選出它們。但對于這些有關這一過程的有趣的科學問題，通過分離出經受重編程的細胞，我們或許能夠生成一些關于這一過程發生機制的新發現。”
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