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用动物培养人体器官有突破进展

发布时间:2019-10-09 17:14:14

美国著名干细胞科学家发现一种新型多能干细胞,这种细胞具有重要应用价值,例如可以作为人类胚胎发育研究的模型,可以用大型动物培养人类器官,用这种动物体内的人体器官开展各种疾病研究。

美国加州Salk研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte,Izpisua Belmonte教授是干细胞和再生医学领域的超级大牛,他的实验室利用多种模式生物和人多能干细胞等工具探索心脏和血管等系统的发育与再生,以及通过体细胞重编程、去分化和转分化等手段获得功能性细胞的技术突破。在CNS等杂志上发表学术论文300余篇,担任多个学术期刊编委,荣获多种重要奖项。牛人就是牛人,上周刚和中国科学院生物物理所刘光慧教授合作关于异染色质和衰老关系的研究发表在《科学》上,这周就在《自然》发表这样具有革命性意义的文章。

多能干细胞的概念并不新颖,如胚胎多能干细胞和诱导多能干细胞,但这些多能干细胞都存在两大缺点,一是不容易大量扩增,二是难以定向诱导。Izpisua Belmonte最近偶然发现一种多能干细胞竟然能同时解决这两个问题,一是容易体外扩增,二是通过注射到胚胎后能定向分化。因为这种细胞只能在特定胚胎部位存活,他们称这种细胞为区域选择多能干细胞(rsPSCs)。这种干细胞能分化成任何组织细胞,已经尝试将这种细胞移植到小鼠胚胎。

克利夫兰凯斯西储大学发育生物学家Paul Tesar说,这种干细胞rsPSCs的特点是,生长速度快和稳定性好。这是作为治疗用干细胞最突出的优点。

Izpisua Belmonte等本来尝试将人类诱导干细胞移植到体外小鼠胚胎,他们用包含多种生长因子和化合物的培养基培养这些细胞时,意外发现其中一种组合让细胞生长和分裂速度明显加快,这种细胞在代谢模式和基因表达上都和其他多能干细胞有很大不同。

为分析这种组合产生这种效应的原因,研究人员将这种人类细胞注射到7.5天龄小鼠胚胎,36小时后,只有胚胎尾部的细胞能成功存活,并能和小鼠细胞整合分化成正确的细胞层,形成人鼠嵌合体胚胎,因为这些细胞只在特定区域存活,所以科学家将这类细胞命名为区域选择多能干细胞。

Izpisua Belmonte怀疑早期阶段的胚胎内包含多种类型多能干细胞,其中包括区域选择rsPSCs细胞。尚不清楚这种rsPSCs细胞本身是否在决定胚胎分化方向中发挥部分作用。确定多能干细胞的亚类型,能让科学家通过动物胚胎移植研究早期人类胚胎的发育细节。

Izpisua Belmonte等发现,他们能很容易地使用DNA剪切酶编辑rsPSCs细胞的基因组,通常情况下体外多能干细胞很难进行这种操作。基因编辑能帮助科学家改良人类细胞,使这些细胞能在其他动物体内存活,形成转嵌合体。Tesar说,使用人类多能干细胞的思路,如利用这种rsPSCs在动物体内培养出人类器官完全是可能的,但他认为最终实现目标仍然面对许多困难。例如,是否动物免疫系统会不会对这种外来人类器官产生攻击,驱动器官形成的信号分子在动物和人类也存在差别,人类器官的发育速度和动物器官也不一样。

Izpisua Belmonte 对这些评价表示感谢,但他说制造生长人体器官的动物将面临伦理学问题,尽管他说自己的实验室已经着手准备给猪移植各种类型干细胞,目前只是万里长征第一步。

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