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便可让干细胞培养物长时间维持同质的多能状态,于是他们开始集中精力研究培养基如何促进干细胞生长并抑制分化
2020-04-30 11:10

核心提示:以色列耶路撒冷哈达萨大学的研究人员近日开发出一种新的干细胞培养基,能让干细胞在更长时间内不分化。这项研究是由哈达萨人类胚胎干细胞研究中心的主管Benjamin Reubinoff领导的,发表在近期的《Nature Biotechnology》上。作者们相信这项技术将对临床应用所需的大量hESC特别有用。

核心提示: 美国研究人员发现,利用软凝胶基质代替硬培养皿来培养小鼠胚胎干细胞,无需添加昂贵的生长因子,便可让干细胞培养物长时间维持同质的多能状态。研究人员表示,这一技术在未来的再生医学中有着巨大的应用前景。相关论文发表在《公共科学图书馆·综合》杂志上。

(本文来自生技网:www.biogo.net) 以色列耶路撒冷哈达萨大学的研究人员近日开发出一种新的干细胞培养基,能让干细胞在更长时间内不分化。这项研究是由哈达萨人类胚胎干细胞研究中心的主管Benjamin Reubinoff领导的,发表在近期的《Nature Biotechnology》上。作者们相信这项技术将对临床应用所需的大量hESC特别有用。

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为了保持hESC存活且具有多能性,研究人员通常在滋养层细胞(也就是一层小鼠胚胎成纤维细胞)上培养,或者在微载体上成簇培养。但是在这些基质上培养干细胞是相当昂贵的,而且培养物不能在很长时间内保持未分化状态,尽管所有必需的生长因子都存在。

美国研究人员发现,利用软凝胶基质代替硬培养皿来培养小鼠胚胎干细胞,无需添加昂贵的生长因子,便可让干细胞培养物长时间维持同质的多能状态。研究人员表示,这一技术在未来的再生医学中有着巨大的应用前景。相关论文发表在《公共科学图书馆·综合》杂志上。

的研究团队正在研究hESC簇分化成神经细胞,他们一直在使用Invitrogen的Neurobasal培养基。这种培养基能够在无滋养层的条件下长时间维持神经细胞的生长和正常表型。在研究过程中,研究人员注意到并非所有细胞都分化了。他们怀疑是培养基的选择导致了这种现象,于是他们开始集中精力研究培养基如何促进干细胞生长并抑制分化。

干细胞研究面临的主要障碍就是如何让小鼠胚胎干细胞培养物保持一种均一的多能状态。多能干细胞可自发地分化成皮肤或者肌肉等不同的组织类型,长期以来,科学家都是利用一种被称作生长因子的化学物质来维持干细胞的多能态不变,但即便如此,培养出来的干细胞还是会很快进入各自的分化阶段,呈现出不同的基因表达和形态,这种多样性分化使得干细胞培养物很难被诱导生成所需的特定组织。

为了验证他们的理论,研究小组定制了培养基。他们在Neurobasal培养基中加入了血清替代物,还加入了干细胞生长所需的蛋白,包括细胞外基质组分、神经营养因子、成纤维细胞生长因子2和活化素A。研究人员在常规的无血清培养基和定制培养基中培养了hESC。三个星期之后,定制培养基中存在更多的未分化hESC细胞。

该研究负责人之一、伊利诺伊大学基因组生物学研究所动物科学教授田中哲也表示,可以从培养一群同质的未分化细胞入手,诱使其分化成特定的细胞类型以实现临床应用。

使用这种新的培养基,研究小组检验了三种不同的hESC系。他们利用荧光激活细胞分选在7周和20周后分析了培养物,发现90%的细胞仍维持多能性。这项突破为在计算机化的自动系统中大规模扩增胚胎干细胞创造了可能性。此外,通过改变培养条件,还可能进一步指导干细胞长成特定的细胞类型,用于研究或病人的移植。

研究小组发现,多能小鼠胚胎干细胞喜欢“抱团”黏附在一起,而处于群体边缘、与坚硬的培养皿接触的细胞分化速度相对较快,于是他们决定对小鼠胚胎干细胞进行机械学研究而非化学研究。由于干细胞比成熟细胞要柔软10倍,研究人员猜测是否是培养皿和细胞之间的机械力刺激了细胞分化,并通过前期研究证实,即使很小的机械力也可诱导细胞分化。

然而,研究小组也承认,他们的方法并不完美。在细胞传代过程中,他们丢失的细胞数是滋养层培养方法的近3倍。他们还将继续完善这种技术,以确保培养产量尽可能地高。(本文来自生技网:www.biogo.net)

接下来,研究小组将小鼠胚胎干细胞分成3组进行平行试验:第一组用加入了生长因子的常规培养基培养;第二组采用与这些细胞同样硬度的软凝胶基质进行培养,并加入生长因子;第三组同样用软凝胶基质培养,但没有加入生长因子。结果显示,即使缺乏生长因子,利用软凝胶基质培养的干细胞在3个多月传代20次后仍能表现出更明显的同质性和多能性。

编辑点评: 欧洲对胚胎伦理限制十分严格,要求控制胚胎发育时间不得超过14天,也不能移入子宫。在这种情况下诞生了许多延缓胚胎发育的技术,包括之前报道的冷冻胚胎技术,这些新技术常令人哭笑不得,但是却意外的符合了科幻小说中的宇宙长途飞行的冬眠构思。(本文来自生技网:www.biogo.net)

研究合作者、伊利诺伊大学机械科学和工程系教授王宁说,这体现了事物的两面性:机械力能够诱导分化,但如果降低培养基和干细胞之间的机械力,就可以将干细胞保持在多能状态。这项研究证实了在干细胞分化过程中力学环境的重要性不亚于化学生长因子。在活的有机体中,细胞只在短期内分泌生长因子,而机械力则始终在影响每个细胞。

研究小组下一步打算利用这种新技术来培养诱导多能干细胞,虽然iPS细胞医学应用前景广阔,但也是出了名的难以培养。田中哲也说:“我们可以试着在同样的软基质上培养小鼠iPS细胞,看看是否也能获得同质的干细胞培养物。如果情况的确如此,其产生的影响无疑将是巨大的。”

关键字:软凝胶基质 研究 干细胞 干细胞培养物 培养皿