PNAS：硬度如何決定干細胞的分化
日期：2014-09-10 09:10:46
干細胞是能夠成為機體任何細胞類型的未分化細胞。在體外培養人多能干細胞時，培養基里添加的化學因子和蛋白會對這些細胞產生重要的影響。人們利用不同的添加物組合，將細胞誘導成為特定類型的細胞。
那么，不給干細胞添加任何因子或化合物，它會如何決定自己的命運呢？是成為肌肉細胞、骨細胞還是神經元？
Wisconsin-Madison大學的研究團隊發現，在沒有任何添加物的情況下，干細胞生長表面的硬度就足以對細胞命運產生深遠的影響。這項研究發表在九月八日的美國國家科學院院刊PNAS雜志上。
“人們利用可溶性的生長因子引導細胞分化，”UW-Madison的干細胞專家，Laura Kiessling教授解釋道。不過之前有研究指出，細胞生長表面的物理性質也會影響細胞的命運，不過這一點并未得到充分的證明。
實驗室里培養干細胞時，使用表面覆蓋有凝膠的培養皿，通過這種凝膠引入不同的蛋白因子。不過，即使沒有蛋白因子的誘導信息細胞也會分化，只不過分化路徑看起來比較隨機。另外在發育過程中，機體內的細胞會根據自己的所處的環境條件做出轉變。
“許多細胞附著在特定表面上生長。舉例來說，如果細胞長在骨骼附近，就會對這個特殊的環境做出反應，”Kiessling說。“如果細胞長在類似大腦的柔軟組織附近，那它們的行為又會不同。”
為了全面探討生長表面對干細胞的影響，Kiessling團隊構建了不同硬度的凝膠來模擬肌肉、肝臟和腦組織。研究顯示，類似腦組織的柔軟表面，不需要任何可溶因子，就足以引導干細胞成為神經元。而較硬的表面更傾向于保持細胞的干細胞狀態。
“我們沒有改變任何東西，只是從硬表面換到了軟表面，”Kiessling說。“結果細胞形態都變得更像神經元，細胞生長表面的影響如此深遠，令我非常意外。”
研究人員認為，柔軟表面的物理性質影響了細胞中的蛋白YAP。YAP既存在于細胞質也存在于細胞核，當它在細胞核里的時候YAP調控基因表達。研究顯示，在柔軟凝膠上YAP無法進入細胞核，而它的缺失促使干細胞向腦細胞發展。
這些發現可以幫助科學家們建立更好的實驗條件，引導干細胞精確分化。這類技術將最終幫助人們生產大量細胞用于疾病治療或者新藥開發。
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