研究人員限制成熟細胞將其轉化為幹細胞

受限制的成熟細胞在第6天失去其特化特徵，並在第10天完全轉變為可重新部署的幹細胞

最近的研究表明，成熟細胞可以重新編程為可重新部署的幹細胞而無需直接的遺傳修飾 - 通過將它們限制在一個確定的幾何空間中一段時間。

幹細胞是我們身體中所有特化細胞構建的空白板岩，它們是身體中每個器官和組織的基礎。

由新加坡國立大學（NUS）機械生物學研究所（MBI）GV Shivashankar教授和義大利FIRC分子腫瘤學研究所（IFOM）領導的研究表明，成熟細胞可以重新編程為可重新部署的幹細胞。沒有直接的遺傳修飾 - 通過將它們限制在一個確定的幾何空間中一段時間。

「我們的突破性研究結果將為組織工程和再生醫學開發新一代幹細胞技術，可以克服地質操作的負面影響，」Shivashankar教授說。

轉回蜂窩時鐘

自從科學家們首次證明成熟細胞可以在實驗室中重新編程成為能夠在體內發育成任何細胞類型的多能幹細胞以來，已有十多年了。在那些早期研究中，研究人員通過引入重置細胞基因組程序的外部因素來遺傳修飾成熟細胞，從根本上扭轉時鐘並將其恢復到未分化或非特化狀態。然後可以將所得的實驗室製造的細胞（稱為誘導多能幹細胞（iPSC））編程到不同的細胞類型中，用於組織修復，藥物發現甚至生長用於移植的新器官。重要的是，這些細胞不需要從胚胎中收穫。

然而，主要障礙是從iPSC發展的任何特化細胞在被引入體內後形成腫瘤的趨勢。為了解這種情況發生的原因，研究人員將注意力轉向了解幹細胞分化和生長如何在體內受到調節，特別是在發育過程中細胞如何自然地恢復到未成熟的幹細胞樣狀態或轉變為另一種細胞類型。 ，或在組織維護。

Shivashankar教授的研究小組已經證明，成熟細胞可以在體外重編程為多能幹細胞，而無需對成熟細胞進行遺傳修飾，只需將細胞限制在確定的生長區域即可。

重置成熟細胞

當成纖維細胞（在肌腱和韌帶等結締組織中發現的一種成熟細胞）局限於矩形區域時，它們很快就呈現出基質的形狀（細胞所附著的表面或介質）。根據Shivashankar實驗室先前的工作，這表明細胞正在測量並響應其環境的物理特性，並將這些信息傳遞到核心，DNA包裝和基因組程序將相應地進行調整。

研究小組將細胞培養10天，直到它們形成球形細胞簇。對這些簇內細胞的遺傳分析顯示，通常與成熟成纖維細胞相關的染色質（包裝DNA的濃縮形式）的特定特徵在第6天丟失。到第10天，細胞表達通常與胚胎幹細胞和iPSC相關的基因。研究人員現在已經了解到，通過長時間限制成熟細胞，成熟的成纖維細胞可以變成多能幹細胞。

為了證實成纖維細胞確實被重新編程為幹細胞，研究人員隨後將它們的生長高效地引導到兩種不同的特化細胞類型中。一些細胞也被導回成纖維細胞。

幹細胞技術重新定義

研究中使用的物理參數反映了細胞可以在體內暴露的瞬態幾何約束。例如，在發育過程中，幾何圖案和壁龕的建立對於功能組織和器官的形成是必不可少的。同樣，當組織因受傷或疾病而受損時，細胞會突然改變其環境。在每種情況下，成熟細胞可以恢復為多能幹細胞樣狀態，然後重新部署為用於修復或維持組織的特化細胞。

「雖然已經確定將幹細胞限制在確定的幾何圖案和底物特性可以指導它們分化成特化細胞，但這項研究首次表明機械線索可以重置成熟細胞的基因組程序並使它們恢復到多能狀態，「Shivashankar教授解釋道。

他補充說：「使用幾何約束重新編程成熟細胞可能更好地反映身體內自然發生的過程。更重要的是，我們的研究結果使研究人員能夠高效地從成熟細胞中產生幹細胞，而無需對它們進行遺傳修飾。」

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