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干细胞突破性成果:新型人类干细胞

        近日来自美国费城儿童医院的研究人员构建出了一种新型人类干细胞,并证实这种细胞具有分化形成多种特化细胞(specialized cell)的能力。研究人员将这种新型人类干细胞命名为内胚层祖(EP)细胞。相比于胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs),EP细胞显示出两个重要的优势:当移植到动物体内时不会形成肿瘤,并且能在实验室形成功能性的胰腺β细胞。这一研究成果发布在4月6日的《细胞干细胞》(Cell stem cell)杂志上。

  该研究的负责人、费城儿童医院细胞与分子治疗中心干细胞生物学家Paul J. Gadue 博士说“我们的细胞系为构建大量人类疾病发生模型提供了一个强有力的新工具。此外,由EP细胞生成的胰腺β细胞相比于其他干细胞群衍生的β细胞在实验室显示更好的功能能力。”

  除了生成胰腺β细胞,研究人员还引导EP细胞生成了肝细胞以及肠细胞,这两种细胞正常情况下都是在人类发育早期由内胚层组织层发育形成。

  这种新型的EP细胞实际上是研究人员操作两种人类细胞ESCs和iPSCs而获得的。由于这两种干细胞群均能大量增殖,且具有生成所有类型组织的潜力,因而为科学家们精细调控细胞发育用于基础生物学研究以及未来的细胞治疗带来了巨大的希望。

  科研人员通常是从生育治疗剩余的捐赠用于研究的人类胚胎处获得ESCs的,而iPSCs主要是通过对人类体细胞例如皮肤细胞或血细胞进行遗传工程操作获得。研究人员早已掌握了如何重编程体细胞生成多能干细胞。与ESCs一样,iPSCs也能分化形成许多其他类型的人类细胞。然而在动物研究中,当将这些未分化的ESCs 或iPSCs植入到动物体内时,它们会形成畸胎瘤(包含大量不同细胞类型的肿瘤)。因此所有由ESCs 或iPSCs生成的细胞类型都必须严格纯化排除具有肿瘤形成潜力的未分化细胞,这一点至关重要。

  在当前的研究中,研究人员利用称之为细胞因子的信号分子引导ESCs 和iPSCs生成了EP细胞。这种EP细胞注定形成的是人类发育早期三个组织层中的内胚层。在实验室条件下EP细胞显示出几乎无限的生长潜能。

  无论是在细胞培养物中,还是移植到动物体内,研究小组证实EP细胞都能分化形成多种细胞类型,包括存在于肝脏、胰腺和小肠中的典型细胞。重要的是,在移植研究中研究人员证实未分化的EP细胞不会形成畸胎瘤。

  在细胞培养条件下,研究人员将EP细胞分化形成了胰腺β细胞,生成的细胞与胰腺中的β细胞非常相似。这些遗传工程操作的β细胞通过了一项重要的测试:当用葡萄糖刺激时,他们能够分泌胰岛素。尽管这些细胞还只达到20%的正常功能,相比于由ESCs或iPSCs衍生的胰腺β细胞仅能对葡萄糖产生微弱的应答甚至不应答,这些研究结果已是取得了重大飞跃。

  Gadue强调这些有希望的早期结果还只是EP细胞研究的第一步。进一步的研究工作或将侧重于将从遗传性糖尿病或肝病患者处取得的细胞生成EP细胞系。这些EP细胞系可用于构建患者疾病发生发展的模型,并用于开发疾病的新治疗方案。

尽管将这一技术运用到细胞治疗离实际的临床应用或许还有数年的距离,但EP细胞或为我们提供了一个开发组织替代治疗的强有力的起点,例如提供β细胞治疗糖尿病患者或肝细胞治疗肝病患者。“尽管还需要开展大量的工作来确定EP细胞的特征,它们或为未来的糖尿病治疗提供了一种安全的、丰富的潜在细胞资源,”Gadue说。