小中大人干细胞新技术有望大量生产心肌细胞
心肌细胞是构成不停跳动的心脏的主力细胞。如今,人们有望能够在实验室中大量地和廉价地制造这种细胞。
来自美国威斯康星大学麦迪逊分校的一个科学家研究小组通过简单地操纵一个关键性发育途径而将人干细胞---胚胎干细胞(ESC)和诱导性多能干细胞(iPSC)---转变为发挥重要作用的心肌细胞。这项技术有望提供一种同一标准、便宜和更加高效的方法来替代人们目前使用血清或生长因子浸浴复合处理来促进胚胎干细胞变成特定的心脏细胞。相关研究结果于2012年5月29日在线发表在PNAS期刊上。
论文通讯作者之一、威斯康星大学麦迪逊分校化学与生物工程教授Sean Palecek解释说,"我们的方法更加高效和强健。我们能够可靠地生产在最终的细胞群体中所占比例超过80%的心肌细胞,而其他方法生产所占比例只有大约30%的心肌细胞,并且存在比较高的批间差。"
根据Palecek的说法,能够以一种精准确定的方式大量制造发挥关键性作用的心脏细胞是比较重要的,这是因为该方法有潜力被用来经常性地生产大量标准统一批次的心肌细胞。科学家们大量需要这些细胞来开展研究,而且制药行业越来越多地利用它们开展高通量筛选以便测试药物和潜在药物的毒副作用。
诱导性多能干细胞(iPSCs)能够源自患有心脏病的病人。能够利用iPSCs来产生心脏细胞意味着科学家们将能够更加容易地在实验室中创建这些疾病的模型。因为这些细胞含有病人的遗传物质,所以能够在实验室中进行疾病模型重建以便开展研究。心肌细胞很难或者不可能直接从病人心脏获得,而且即便获得,也只能在实验室中短暂地存活。
科学家们殷切希望有朝一日在实验室培养的健康心脏细胞能够被用来替换因为心脏病发作而死亡的心肌细胞。
论文通讯作者之一、威斯康星大学麦迪逊分校医学与公共卫生学院心脏病学教授 Timothy Kamp指出,"很多类型的心脏病是由于发挥功能的心肌细胞丢失或死亡而产生的,因此替换病变心脏中心脏细胞的策略受到人们的高度关注。比如,在较大的心脏病发作时,高达10亿个心肌细胞死亡。心脏自我修复能力有限,因此如果人们能够供应大量潜在的与病人匹配的心肌细胞,那么就可能有助于治疗这些疾病。"
论文第一作者、威斯康星大学麦迪逊分校研究生Xiaojun Lian说,"这些细胞将会有很多应用。" 迄今为止,利用他开发的技术制造出的跳动着的心肌细胞在实验室持续培养6个月,而且仍然保持着它们被制造出来时的活力和稳定性。
Lian和他的同事们发现操纵一个被称作Wnt的主要信号途径---只利用两种现存的小分子化学物在事先确定的时间点上开启和关闭这种途径---就足以有效地指导干细胞分化为心肌细胞。
Kamp说,"事实上,在这些细胞中首先开启和然后关闭一个主要的信号途径能够完好地协调复杂的发育过程。这是一项了不起的发现,因为有许多其他的信号途径和分子也牵涉其中。"
Palecek说,"我们这种方法的最大优势在于它使用小分子化学物来调节生物信号。而且,它是完全确定的,因而更容易在实验室中重现。此外,这些小分子化学物要比蛋白生长因子便宜很多。"
