Biomaterials:如何將多潛能幹細胞轉變成為成熟分化細胞?

2020-11-30 生物谷

圖片來源：medicalxpress.com

2016年3月11日 訊 /生物谷BIOON/ --幹細胞可以作為一種有效的工具來修復或移除損傷或疾病組織，但如果可以可靠地將幹細胞從多潛能狀態轉化成為成熟的分化狀態，研究者們或許就可以通過改變幹細胞被培養的環境來研究如何控制幹細胞的狀態了，近日來自新加坡A*STAR研究所的研究人員就成功進行了相關研究，相關研究刊登於國際雜誌Biomaterials上。

化學信號和機械力可以幫助確定哪些細胞會進行分化及哪些細胞會依然維持多能狀態，文章中研究者獲取了一些特殊的化學線索，但他們仍在努力研究揭示如何有效控制幹細胞的結構來更好地控制幹細胞的行為。研究者Hanry Yu博士指出，目前有很多試驗正在進行，而且有很多試驗都以失敗告終，因為缺少工程性的原理來指導細胞反應的控制；為此研究者重點對E-鈣黏蛋白(E-cadherin)和整聯蛋白進行了分析，這兩種細胞吸附蛋白被認為可以參與調節幹細胞的發育，更有意思的是，這兩種蛋白可以通過名為Rho-ROCK-肌球蛋白II的信號因子來發揮作用，這就為研究者提出了問題，即其如何來誘導不同的細胞命運發生呢？

早期實驗結果顯示，培養中的幹細胞更加易於經歷分化過程，這就支持了先前科學家們提出的模型想法，即壓力誘導的整聯蛋白可以積極促進幹細胞的分化；然而對細胞表面包被有兩種特殊蛋白的培養中細胞進行深入研究發現，E-鈣黏蛋白實際上是一種主要的信號，其可以超越整聯蛋白並且強迫幹細胞維持多能性，而在幹細胞群體中心，E-鈣黏蛋白介導的較強的細胞間相互作用會抑制幹細胞分化，而在細胞群體邊緣位置，相對鬆散的細胞及較高的壓力就會促進E-鈣黏蛋白介導的細胞間作用水平降低，從而使得幹細胞分化增強，而這一過程似乎部分通過E-鈣黏蛋白作用部位的Rho-ROCK-肌球蛋白II信號因子的優先定位來實現，而這同時也會抑制整聯蛋白作用的發揮。

相關研究結果或可幫助臨床研究者們有效控制培養基中幹細胞的群體行為，從而維持幹細胞處於多潛能或分化的狀態，目前利用幹細胞來進行傷口修復及再生醫學研究非常困難，而且代價較高。未來研究者計劃擴展他們的方法來更加精確地研究幹細胞行為的調節；Yu說道，我們計劃利用可溶性或特殊抑制劑來攔截關鍵的信號過程，以此來誘導人類胚胎幹細胞進行可控地分化。（生物谷Bioon.com）

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Modulation of integrin and E-cadherin-mediated adhesions to spatially control heterogeneity in human pluripotent stem cell differentiation

Yi-Chin Toha, e, , , Jiangwa Xinga, b, Hanry Yua, b, c, d, f, g

Heterogeneity in human pluripotent stem cell (PSC) fates is partially caused by mechanical asymmetry arising from spatial polarization of cell–cell and cell-matrix adhesions. Independent studies have shown that integrin and E-cadherin adhesions promote opposing differentiation and pluripotent fates respectively although their crosstalk mechanism in modulating cell fate heterogeneity remains unknown. Here, we demonstrated that spatial polarization of integrin and E-cadherin adhesions in a human PSC colony compete to recruit Rho-ROCK activated myosin II to different localities to pattern pluripotent-differentiation decisions, resulting in spatially heterogeneous colonies. Cell micropatterning was used to modulate the spatial polarization of cell adhesions, which enabled us to prospectively determine localization patterns of activated myosin II and mesoendoderm differentiation. Direct inhibition of Rho-ROCK-myosin II activation phenocopied E-cadherin rather than integrin inhibition to form uniformly differentiated colonies. This indicated that E-cadherin was the primary gatekeeper to differentiation progression. This insight allows for biomaterials to be tailored for human PSC maintenance or differentiation with minimal heterogeneity.

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