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首次!干细胞新突破!血液中分离多能干细胞诱导分化形成肌肉细胞!

首页 » 《转》译 2018-01-12 转化医学网 赞(2)
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导读
多能干细胞是当前干细胞研究的热点和焦点,它可以分化成体内所有的细胞,进而形成身体的所有组织和器官。最近有科学家成功地将多能干细胞诱导分化为骨骼肌组织。

最近有科学家发现,皮肤或者血液细胞经过诱导和培育后,可以成为肌肉细胞!

这项研究以题为《Engineering human pluripotent stem cells into a functional skeletal muscle tissue》的文章发表在了《Nature Communication》上。

这项研究是以2015年杜克大学的研究为基础的,当时科研人员从肌肉活检细胞中培育出第一个具有功能的人体肌肉组织。他们从肌肉活检样本小细胞(成肌细胞)开始,将这些成肌细胞多次折叠,使其生长成为一个支撑性的三维支架,然后在内部填充具有营养的凝胶,使其形成具有功能的人体肌肉纤维。但是成肌细胞已经超出了干细胞的范畴,本质上还是将肌肉细胞在体外培育成肌肉组织。

但在这项新的研究中,研究人员使用的是人类诱导的多能干细胞。这些细胞取自成人的非肌肉组织,如皮肤或血液,并通过重新编程以恢复细胞的原始状态。“多能干细胞可以分化成为我们身体中的所有现有细胞,可以让我们的肌源性祖细胞数量不受限制。” 杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac激动地说道,“这些祖细胞类似于成人肌肉干细胞,被称为‘卫星细胞’,理论上可以从单个细胞,生长成为整个肌肉。”

 生物医学工程师从诱导多能干细胞中培育出第一个功能正常的人体骨骼肌

当多能干细胞再生长时,科研人员通过加入大量的被称为Pax7的信号分子使其分化为肌肉细胞。


Pax7的加入及实验结果

随着该细胞的增殖,它们变得与正常肌肉细胞非常相似,但不如成年肌肉细胞那么健壮。

Bursac实验室的博士后研究员,该研究的第一作者娆凌俊(音译)感叹道:“我们做了很多年的试验,做了许多合理的猜测,也走了很多弯路,最后终于将多能干细胞培育成了有功能的人体肌肉,而实验成功的原因是我们独特的细胞培养条件和三维模型,使细胞生长和发育比通常采用的二维培养方法更快和更强

分化的肌肉细胞与正常肌肉细胞相关指标的实验比较

一旦研究人员发现细胞将分化成肌肉细胞,Bursac的团队就会停止提供Pax7信号分子并开始给予细胞充分发育所需的营养。

肌管分化示意图(a)及相关实验结果(b~g)

研究人员表明,经过两到四周的三维培养,产生的肌肉细胞会形成肌肉纤维,并具有收缩和对外界刺激(如神经元输入的电脉冲和生化信号)做出反应的能力,就像原生肌肉组织一样研究人员还将新生长的肌肉纤维植入成年小鼠体内,实验显示肌肉纤维存活了至少三周,并通过血管逐渐融入实验老鼠本身的机体组织。

将分化后的肌细胞移植入相应组织后的表观及微观示意图

现阶段存在的问题是,分化所产生的肌肉不如原生肌肉组织强健,但是这种干细胞分化形成的肌肉依然有很大的优势:一是多能干细胞衍生出的肌纤维能够生长“卫星样细胞”,这是正常成人肌肉损伤修复所必需的细胞,以往的研究中肌纤维较少产生这些“卫星样细胞”;二是该法也能从更少的干细胞中生长出比相同活检细胞更多的肌肉细胞因此使用这种新方法进行再生治疗意义重大,并为今后罕见疾病模型的建立和个体化健康研究打下了坚实的基础。

分化形成的肌细胞相关显微生化实验结果

“罕见疾病的研究前景尤其令人激动,”Bursac认为,“当患有杜氏肌营养不良症的孩子痊愈而要进行肌纤维测定时,我们可以只取一小部分非肌肉组织,如皮肤或血液,将所获得的细胞恢复到多能状态,最终生长出无数的功能性肌肉纤维进行测试。”

这项技术也有望与基因疗法结合在一起。研究人员可以对病人体内的多能干细胞进行诱导来修复基因缺陷,然后培育出完全健康的肌肉组织。而且它可以与更广泛的靶向基因治疗相结合,治愈更多的疾病。

现在研究人员正在改进技术以培育更强健的肌肉组织,同时开发新的罕见肌肉疾病模型。(转化医学网360zhyx.com)

参考资料:Engineering human pluripotent stem cells into a functional skeletal muscle tissue. Lingjun Rao, Ying Qian, Alastair Khodabukus, Thomas Ribar & Nenad Bursac. doi:10.1038/s41467-017-02636-4.

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