PNAS：從骨髓中發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)干細(xì)胞的新技術(shù)
日期：2014-10-13 09:03:48
在骨髓深處存在一種細(xì)胞稱為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）。這些未成熟的細(xì)胞可以分化成產(chǎn)生骨骼、軟骨、脂肪或肌肉的細(xì)胞，科學(xué)家一直試圖將這個(gè)特征用于組織修復(fù)。
在一項(xiàng)有望讓這種干細(xì)胞療法開(kāi)發(fā)更加容易的最新研究中，來(lái)自麻省理工學(xué)院（MIT）和新加坡-麻省理工學(xué)院學(xué)術(shù)聯(lián)盟（SMART）的一個(gè)研究小組，已經(jīng)確定了MSCs的三個(gè)物理特性，利用這些特性，可以將其與骨髓中存在的其他免疫細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái)。基于這些信息，他們計(jì)劃制造一種能夠快速分離MSCs的設(shè)備，使我們更容易地產(chǎn)生足夠干細(xì)胞用于患者治療。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2014年10月8日的《PNAS》雜志。
直到現(xiàn)在，仍然還沒(méi)有很好的方法，能夠從已經(jīng)開(kāi)始分化成其他細(xì)胞類型、但是細(xì)胞表面共有相同分子的骨髓細(xì)胞中分離MSCs。本文資深作者、MIT材料科學(xué)與工程、生物工程學(xué)副教授Krystyn Van Vliet說(shuō)，這可能就是為什么不同實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果有所差異，以及為什么現(xiàn)在干細(xì)胞療法在臨床試驗(yàn)中不那么有效的一個(gè)原因。
Van Vliet說(shuō)：“有些你正在使用和召集干細(xì)胞的細(xì)胞，正在產(chǎn)生有益的治療效果，但是你使用的許多細(xì)胞并非如此。我們的方法提供了一種方式，來(lái)凈化或高度富集這個(gè)細(xì)胞群中的干細(xì)胞。現(xiàn)在你可以大海撈針，并將它們用于人類治療。”
本文第一作者W.C. Lee是新加坡國(guó)立大學(xué)和SMART畢業(yè)的研究生，另外一位共同第一作者Hui Shi以前是SMART的博士后。
物理標(biāo)記
MSCs只占骨髓細(xì)胞的很小一部分。其他未成熟的細(xì)胞包括成骨細(xì)胞，它們已經(jīng)開(kāi)始發(fā)育為軟骨或骨生成細(xì)胞。目前，研究人員試圖根據(jù)存在于細(xì)胞表面的蛋白標(biāo)志物來(lái)分離MSCs。然而，這些標(biāo)志物并不是MSCs特有的，也可以產(chǎn)生其他類型更分化的未成熟細(xì)胞。
Lee說(shuō)：“傳統(tǒng)的細(xì)胞表面標(biāo)志物，常被用來(lái)從人骨髓中分離不同類型的干細(xì)胞，但是它們?nèi)狈ψ銐虻?lsquo;分辨率’來(lái)區(qū)分具有不同功能的間充質(zhì)干細(xì)胞亞群。”
研究人員開(kāi)始尋找多潛能性（multipotency）——能夠變成許多不同細(xì)胞類型的能力——的生物物理標(biāo)志物。他們首先懷疑，細(xì)胞大小可能是一個(gè)因素，因?yàn)樘汗撬韪杉?xì)胞——往往具有較高比例的MSCs——通常直徑較小。
為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究人員使用Han以前開(kāi)發(fā)的一種裝置，根據(jù)腫瘤細(xì)胞的大小來(lái)捕捉循環(huán)的腫瘤細(xì)胞。他們根據(jù)大小分離骨髓細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)較大細(xì)胞中沒(méi)有一個(gè)是多能細(xì)胞，并非所有的較小細(xì)胞都具有多能性，所以僅僅憑大小不能區(qū)分MSCs。
在對(duì)其他幾個(gè)物理性狀進(jìn)行測(cè)量之后，研究人員發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)性狀，可以與大小相結(jié)合，將MSCs與其他干細(xì)胞完全區(qū)分開(kāi)來(lái)，這兩個(gè)性狀是：細(xì)胞的剛度和細(xì)胞核膜的波動(dòng)度。
Van Vliet說(shuō)：“你不需要比這三個(gè)性狀更多，但是你也不能少于這三個(gè)性狀。現(xiàn)在我們有三個(gè)一組的特征，可識(shí)別將會(huì)具有多能性的細(xì)胞群，與只會(huì)成為骨骼或軟骨細(xì)胞的細(xì)胞群。”
Van Vliet說(shuō)，這些特征似乎與我們已經(jīng)知道的干細(xì)胞特征一致。與已經(jīng)致力于其最終命運(yùn)的細(xì)胞相比，未成熟的細(xì)胞其遺傳物質(zhì)在細(xì)胞核內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生更多的核細(xì)胞膜波動(dòng)。與高度分化的細(xì)胞相比，干細(xì)胞也具有剛性較小的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)（至少在其粘附在玻璃這樣的材料上時(shí)），從而使那些粘附的細(xì)胞似乎不那么僵硬。
更好的再生
然后，研究人員在小鼠中檢測(cè)了分離的MSCs的再生能力。他們發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞能夠幫助修復(fù)肌肉和骨損傷，而被確定為成骨間質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞，能夠修復(fù)骨骼，而不是肌肉。
Lee說(shuō)：“我們首次提供證據(jù)表明，間充質(zhì)干細(xì)胞亞群可以被識(shí)別，并高度濃縮用于骨生長(zhǎng)和肌肉修復(fù)。我們?cè)O(shè)想，這種方法對(duì)用于一系列組織退行性病變患者組織修復(fù)的骨髓干細(xì)胞的選擇和純化，也很重要。”
現(xiàn)在，該研究小組正致力于MSCs分離的高速方法。制備此類細(xì)胞的更純細(xì)胞群，應(yīng)該會(huì)為組織修復(fù)帶來(lái)更有效的干細(xì)胞療法。
Van Vliet和Poon也希望對(duì)這項(xiàng)研究中分離出的骨原細(xì)胞，開(kāi)展一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，可能對(duì)治療骨損傷有用。
