索尔克科学家研发出更快速、更安全的干细胞生产方法

索尔克科学家研发出更快速、更安全的干细胞生产方法

新方法提高了细胞产量并增加了安全性，使我们向再生医学又迈进了一步

加州拉霍亚——一种从成熟细胞生成干细胞的新方法有望提高实验室中干细胞的产量，有助于清除再生医学疗法的一个障碍，该疗法将取代受损或不健康的身体组织。.

加利福尼亚州拉霍亚——索尔克生物研究所的研究人员开发的一项技术，可以将干细胞及其衍生物的产量无限期地增加一倍，并将生产时间缩短一半以上，从近两个月缩短到两周。.

“在干细胞疗法得到广泛应用之前，需要克服的障碍之一是难以足够快地生产出足够的细胞以供急性临床应用，”论文的合著者之一、实验室的博士后研究员 Ignacio Sancho-Martinez 说。 胡安·卡洛斯·伊兹皮苏亚·贝尔蒙特, 索尔克研究所的罗杰·吉勒明主席。.

他们和他们的同事，包括 弗雷德·H·盖奇, 索尔克基因实验室的教授，本周在《自然·方法》杂志上发表了一种新的细胞转化方法。.

干细胞因其“多能性”（能够分化成体内几乎任何一种细胞的能力）而备受重视。用于研究和临床用途的干细胞有两种获取方式：一种是直接从足够年轻、仍具有多能性的细胞中获取，另一种是从已“重编程”为多能性的成熟细胞中获取。.

从左到右：Emmanuel Nivet、Juan Carlos Izpisua Belmonte、Leo Kurian、Ignacio Sancho-Martinez

图片：由萨克生物研究所提供

第一种被称为“胚胎干细胞”（ESCs），尽管这个术语名不副实。它们实际上是从囊胚中提取的，囊胚是由受精卵经过五天细胞分裂形成的，大小约如针尖的细胞团。在囊胚着床于子宫后，胚胎阶段才开始。.

除了众所周知的伦理争议之外，胚胎干细胞还有一个鲜为人知的问题：用胚胎干细胞培育的组织在移植给病人时可能会引发免疫反应。.

为了克服伦理和医学上的担忧，科学家们学会了如何诱导成熟的细胞（称为“体细胞”）恢复到其多能状态，这些细胞曾分化成特定类型的组织。这些所谓的“诱导多能干细胞”或 iPSC，引发了全新的研究，包括获得所需细胞类型的第三种方法。.

人类成纤维细胞（皮肤细胞）经间接谱系转化获得的内皮细胞。细胞核为蓝色；内皮细胞的标志性蛋白质为绿色和红色。.

图片：由萨克生物研究所提供

事实证明，iPSC 自身也存在问题。它们在实验室中创建耗时很长，而且过程效率极低，可能需要长达两个月才能完成。首先，体细胞必须被重编程为 iPSC，这需要大量的时间和精力。然后，iPSC 必须分化为特定的细胞谱系，然后才能用于治疗。更糟糕的是，它们有时会发育成肿瘤，称为畸胎瘤，可能是癌性的。.

知晓这一点后，科学家们想知道是否不必将所有细胞都重置回全能干细胞的“白板”状态。这一想法的关键在于，全能干细胞并非立即分化成特定细胞。它们会经历中间祖细胞阶段，在此阶段它们变成“多能”细胞，并且仅能发育成特定细胞谱系中的细胞类型。虽然全能细胞可以发育成体内几乎任何细胞，但例如，多能的血细胞可以发育成红细胞、白细胞或血小板，但不能发育成神经元等遥远谱系。.

因此，为了避免使用 iPSCs 的潜在问题，科学家们开发了“直接谱系重编程”技术。与一个多能干细胞会分裂并生成成年个体所有不同细胞类型的熟悉场景不同，在直接谱系重编程中，一个体细胞只会被转化为另一种细胞类型，例如，一个皮肤细胞变成一个肌肉细胞，仅此而已。.

虽然这项技术很有效，但萨尔克团队及其同事想知道是否有可能对其进行修改，使其既更有效又更安全。.

“除了显而易见的安全性问题，在考虑干细胞的临床应用时，最大的因素是生产力。” Salk 研究员、该论文的联合第一作者 Leo Kurian 说道。.

团队开发了一种新技术，他们称之为“间接谱系转化”（ILC）。正如《自然·方法》详细介绍的那样，在ILC中，体细胞被推回一个更早的状态，使其适合进一步分化为祖细胞。.

ILC 有潜力在将细胞转移到团队专门开发的化学环境中后，产生多种谱系。最重要的是，ILC 无需生成 iPSC 即可节省时间并降低畸胎瘤的风险。取而代之的是，将体细胞引导分化为特定谱系的祖细胞。“我们并不是将它们推向零，只是将它们稍微往后推了一下，”Sancho-Martinez 说。.

利用ILC，该小组将人类成纤维细胞（皮肤细胞）重编程为血管细胞的祖细胞——血管母细胞样细胞。这些新细胞不仅能够增殖，还能进一步分化为内皮和血管平滑肌谱系。当植入小鼠体内时，这些细胞整合到了动物现有的血管系统中。.

“干细胞研究的长期希望之一体现在这项研究中，研究人员希望干细胞能够自组装成三维结构，然后整合到现有组织中，”Juan Carlos Izpisua Belmonte 说道。.

尽管这种临床应用可能还需要数年时间，但他解释说，这种新方法比现有技术有几个优势。它更安全，因为它似乎不会产生肿瘤或其他不良的基因变化，而且比其他方法产量大得多。最重要的是，它速度更快，这在一定程度上使其不仅更具生产力，而且风险更低。.

“一般来说，iPSC 及其分化衍生物的创建最多需要两个月，这增加了发生突变的几率，”第一作者之一 Emmanuel Nivet 说。“我们的方法只需要 15 天，所以我们大大降低了自发突变的几率。”

本研究的其他研究人员包括：Aitor Aguirre、Krystal Moon、Caroline Pendaries、Cecile Volle-Challier、Francoise Bono、Jean-Marc Herbert、Julian Pulecio、Yun Xia、Mo Li、Nuria Montserrat、Sergio Ruiz、Ilir Dubova、Concepcion Rodriguez、Ahmet M. Denli、Francesca S. Boscolo、Rathi D. Thiagarajan、Jeanne F. Loring 和 Louise C. Laurent。.

本工作得到了以下机构的支持： 加州再生医学研究所; F.M.柯比基金会; 美国国立卫生研究院; 哈特韦尔基金会; 密理博基金会; 埃丝特·奥基夫慈善信托基金会；塞莱克斯基金会；; G. 哈罗德和莱拉·Y·马瑟斯慈善基金会; 利昂娜·M·哈里·B·赫尔姆斯利慈善信托, ，赛诺菲；以及经济与竞争力部。.

关于索尔克生物研究所：
索尔克生物研究所是世界顶尖的基础研究机构之一，其国际知名的教职人员在一个独特、协作和富有创造性的环境中，深入探究生命科学的基本问题。索尔克科学家们致力于发现和指导未来几代研究人员，通过研究神经科学、遗传学、细胞和植物生物学以及相关学科，在癌症、衰老、阿尔茨海默氏症、糖尿病和传染病的认识方面做出了开创性的贡献。.

学院取得了许多成就，获得了包括诺贝尔奖和美国国家科学院院士在内的无数荣誉。该研究所由脊髓灰质炎疫苗先驱 Jonas Salk 博士于 1960 年创立，是一家独立的非营利组织和建筑地标。.