人類幹細胞的定製編程

2020-12-02 上海卡替生物技術

誘導多能幹細胞(IPS)有可能轉化為多種細胞類型和組織，用於 drug 測試和細胞替代。然而，這種轉換的「配方」往往很複雜，很難實現。Center for Regenerative Therapies Dresden(CRTD)、波恩大學、哈佛大學的研究人員已經發現了一種利用轉錄因子(包括神經元、結締組織和血管細胞)系統地從iPS中提取數百個不同細胞的方法。研究人員可以通過非營利組織Addgene使用這種轉錄因子來源。這個結果現在已經在《自然生物技術》雜誌上發表了。

來源：Jesus Eduardo Rojo Arias und Volker Busskamp

研究人員使用了人類誘導的多能幹細胞(IPS)，從結締組織細胞重新編程到準胚胎狀態。原則上，IPS細胞可以用來獲得各種分化的細胞，從神經元到血管細胞，每個菜譜都是個別的。沃爾克·布斯坎普（Volker Busskamp）教授解釋說：「大多數分化方案都是非常繁瑣和複雜的。在單一的培養中，不可能同時以受控的方式從iPS獲得不同的細胞類型。」布斯坎普博士解釋說，他在波恩大學的卓越生命物理小組(POL)和TU Dresden的CRTD工作。

他和團隊一起，試圖用簡單的「食譜」取代複雜的程序。通過大規模的篩選過程，研究人員發現總共290種DNA結合蛋白可以快速高效地重新編程。幹細胞進入目標細胞。研究人員能夠證明轉錄在每例病例中，因子足以在4天內從幹細胞中提取分化神經元、結締組織、血管和膠質細胞。後者將神經元稱為「絕緣體」。

幹細胞分化的基因轉換板

利用自動化程序，研究人員將相應轉錄因子和其他控制元件的DNA序列引入幹細胞基因組。這個轉錄因子可以通過加入一個小分子來激活，導致一些轉基因幹細胞轉化為分化細胞。然後可以利用細胞標記來區分和自動分類幹細胞和分化細胞。研究人員隨後調查了與幹細胞相比，有多少特定的轉錄因子存在於分化的細胞中。布斯坎普解釋說：「差異越大，對於將iPS轉化為分化細胞來說，相應的轉錄因子似乎就越重要。」

研究小組使用這種方法在三個不同的幹細胞株上測試了1732個潛在的轉錄因子。研究人員發現290種不同的轉錄因子會導致iPS轉化為分化細胞。這是一個新的領域，因為發現的241個轉錄因子的iPS程序的這一特性以前是未知的。以神經元為例，結締組織研究人員進行了各種測試，表明轉化後的細胞在功能能力上與人體細胞非常相似。

研究結果為研究開闢了新的可能性

布斯坎普說：「鑑定出的轉錄因子的優點是，它們能夠特別快、容易地將iPS轉化成身體細胞，而且它們也可能被用來形成更複雜的組織。」幾個星期甚至幾個月後才發生的事情現在就發生了。而不是昂貴和耗時的協議，一個單一的轉錄因子是足夠確定在大規模篩選的命中。

「這些結果開闢了新的可能性，」哈佛大學的 George M. Church 博士說。利用轉錄因子進行幹細胞編程的多樣性、簡單性和速度使得幹細胞研究成為可能。在世界範圍內，其他50個小組已經在與我們的可編程幹細胞系和轉錄因子庫合作。來自哈佛大學的兩位主要作者 AlexH.M.Ng 和 Parastoo Khoshaklath 現在已經在美國劍橋創立了一家新的GC公司，提供可編程的幹細胞。細胞有定製的整合轉錄因子。

布斯坎普說：「不同研究機構之間的合作非常成功，因為不同學科之間的互補和相互聯繫非常好。」世界各地的研究人員現在可以使用非盈利組織Addgene提供的轉錄因子資源。

特別是作為視網膜研究的專家，布斯坎普看到了幹細胞技術在眼科的巨大潛力。「對於視網膜退化，如年齡相關性黃斑變性。」巴斯斯坎普說：「有希望在某一時刻，用iPS轉換取代受影響的感光器，我的團隊正朝著這個目標努力。」

更多資料：Nature Biotech. DOI: 10.1038/s41587-020-0742-6

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