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Cell子刊:干細(xì)胞擴(kuò)增的瓶頸在哪里

日期:2014-06-16 09:42:54

 

科學(xué)家們通過(guò)延時(shí)成像(time-lapse imaging)技術(shù),找到了限制胚胎干細(xì)胞生成克隆的關(guān)鍵性瓶頸。這一發(fā)現(xiàn)有望大大推動(dòng)胚胎干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,文章發(fā)表在Cell旗下的Stem Cell Reports雜志上。

 

胚胎干細(xì)胞能夠分化為機(jī)體中任何類型的細(xì)胞,是再生醫(yī)學(xué)中的重要細(xì)胞來(lái)源。然而,這些干細(xì)胞的臨床應(yīng)用還面臨著不少阻礙。

 

培養(yǎng)人類胚胎干細(xì)胞的研究者們發(fā)現(xiàn),核型正常的細(xì)胞在植板(plating)之后只有少數(shù)能夠分裂,而且它們的子細(xì)胞還會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的死亡,很少能形成可以長(zhǎng)期增殖的克隆。

 

Sheffield大學(xué)的Peter Andrews教授和Daniel Coca教授領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì),對(duì)單個(gè)人類胚胎干細(xì)胞進(jìn)行了延時(shí)成像,并由此鑒定了限制干細(xì)胞生長(zhǎng)的主要瓶頸。研究顯示,在長(zhǎng)期培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)生了適應(yīng)性突變的干細(xì)胞,受到的生長(zhǎng)限制有所緩解,能夠進(jìn)行更有效的擴(kuò)增。

 

Sheffield大學(xué)的Dr Ivana Barbaric說(shuō):“我們研究胚胎干細(xì)胞,是因?yàn)樗鼈冇谐蔀槿魏渭?xì)胞類型的潛力。通過(guò)體外培養(yǎng)獲得大量未分化的胚胎干細(xì)胞,是用這些細(xì)胞進(jìn)行治療的前提。問(wèn)題是這些細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)容易大量死亡,擴(kuò)增效率比較低。”

 

“在長(zhǎng)期體外培養(yǎng)的條件下,胚胎干細(xì)胞能夠通過(guò)自發(fā)突變,提高自己的生長(zhǎng)能力。為了安全使用這些細(xì)胞進(jìn)行治療,我們需要了解培養(yǎng)條件對(duì)細(xì)胞的影響,以及細(xì)胞對(duì)此做出的適應(yīng)。”

 

研究人員將延時(shí)顯微成像、單細(xì)胞追蹤技術(shù)和數(shù)學(xué)模型結(jié)合起來(lái),對(duì)普通胚胎干細(xì)胞和已經(jīng)適應(yīng)培養(yǎng)的干細(xì)胞進(jìn)行了比較。他們從中確定了影響克隆形成的三個(gè)主要瓶頸:植板后的細(xì)胞生存情況、細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂的情況、以及分裂后的細(xì)胞死亡情況。

 

研究顯示,在同樣的培養(yǎng)條件下,已經(jīng)適應(yīng)培養(yǎng)的干細(xì)胞在上述三個(gè)方面表現(xiàn)更好,能夠形成更多的克隆。此外,增加細(xì)胞間的接觸或者添加促進(jìn)細(xì)胞生存的化合物,也能緩解這三方面的問(wèn)題。

 

Sheffield大學(xué)的Dr Veronica Biga補(bǔ)充道,“我們開(kāi)發(fā)了一種新的分析方法,通過(guò)延時(shí)成像檢測(cè)到了大量的參數(shù)。”研究人員打算將這種方法進(jìn)一步完善,形成一個(gè)進(jìn)行成像處理和分析的軟件解決方案,幫助人們?cè)谒幬镅邪l(fā)或培養(yǎng)條件篩選時(shí),通過(guò)延時(shí)成像技術(shù)監(jiān)控細(xì)胞的行為。