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Cell Stem Cell:首次将皮肤细胞直接转化为神经干细胞

来自德国明斯特市马克斯-普朗克分子生物医学研究所的科学家们取得一项突破,将已完全分化的成体细胞(somatic cell)直接转化为成体干细胞(somatic stem cell)。干细胞研究员Hans Schöler和他的研究小组从小鼠身上提取皮肤细胞,然后确保在合适的培养培养下,加入一种独特的生长因子组合从而成功地诱导这些细胞直接转化为一种被称作神经元干细胞的成体干细胞(neuronal somatic stem cell)。相关研究结果于2012年3月22日发表在《细胞-干细胞》期刊上。

“我们的研究表明重编程体细胞并不需要经过多能性阶段”,Schöler解释道,“多亏这种新方法,组织再生正变得更加高效和更加安全。”

直到现在,多能性干细胞(pluripotent stem cell)被认为是干细胞科学的最重要部分。在以前,研究人员早就利用已完全分化的成体细胞获得“多面手(jack-of-all-trades)”细胞,即多能性干细胞。在合适的环境信号作用下,多能性干细胞能够分化为体内每种类型的细胞,但是它们的多能性也存在一些不足之处,从而阻碍它们在医学上的广泛应用。根据Schöler的说法,“多能性干细胞表现出高度可塑性,并且在错误环境下,它们可能形成肿瘤,而不是再生组织或器官。”Schöler获得的成体干细胞提供一种走出这种困境的方法:它们“只是”专能干细胞(multipotent stem cell),这就意味着它们不能产生所有类型的细胞,而只是产生一些特定类型的细胞---在这项研究中,它们神经组织中的一种细胞类型---,这种性质使得它们在治疗潜力上存在着很大优势。

为了允许成体细胞和成体干细胞之间相互转换,来自马克斯-普朗克分子生物医学研究所的研究人员聪明地将一些不同的指导细胞生长的生长因子组合在一起使用。“特别是一种被称作Brn4的因子之前从来就没有被人们用于这种类型的研究,但是在这项研究中,它实际上发挥着类似‘船长’的作用:‘他’非常快速地和有效地控制‘他’的船舶---这里指皮肤细胞---,指导它在合适方向航行,这样它就能够被转化为神经元干细胞”,Schöler解释道。如果这些细胞经过生长因子刺激后并暴露在合适环境条件下能够更加频繁地发生分裂,那么这种相互转换就会变得更加有效。“这些细胞[因为频繁地发生分裂]逐渐地丢失它们曾经是皮肤细胞的分子记忆”,Schöler解释道。甚至只在几轮细胞分裂之后,新产生的神经元干细胞事实上就与在神经组织中发现的干细胞区别开来。

Schöler的研究发现提示着这些细胞拥有长期的医学治疗潜力:“这些细胞是专能性的事实显著性地降低肿瘤形成的风险,这就意味着在不远的将来,它们能够被用来再生因为疾病或衰老而遭受损伤或破坏的组织;如果我们要能够实现这一目标,那么我们将需要投入大量的研究努力。”直到现在,人们都是利用鼠类皮肤细胞来开展研究并获得新的启示。如今,接下来的研究工作就是要在人细胞中开展同样的实验。此外,人们有必要全面地描述这些干细胞的长期行为以便确定它们是否长时间地保持稳定性。

“我们的发现是德国明斯特市马克斯-普朗克分子生物医学研究所开展研究的极其严格性的一种见证”,Schöler说,“我们应当认识到我们有机会利用这项研究塑造医学治疗的未来。”就目前来说,这项研究仍然处于初始的和基础的科学阶段,不过就这项研究和其他相关研究而言,只有与制药行业通过系统性和持续性地密切合作和开发,基础科学向应用科学的转变才能够取得巨大的成功。