近期值得一读的干细胞重磅级研究

细胞之家

; `+ p, Y# F1 v- ?1 Q! f( |6 l
& ~5 e0 J" I5 z. J& S' J3 r本文中小编整理了2013.12-2017.1期间的干细胞重磅级研究，与各位一起学习！
: E$ i0 c& i% N; e2 X" `
! [  c  h- Q  p/ S% `【1】Science子刊：利用CRISPR/Cas9修复源自罕见免疫缺陷病患者的造血干细胞基因缺陷9 m  m8 E. n% z, s: ?. q

5 p- i% K" H# s7 e" u% Fdoi：10.1126/scitranslmed.aah3480
9 Q+ m5 x- k" j" c5 M
9 F* r' b& ^3 J( I) {1 F1 }' V9 F0 d在一项新的研究中，来自美国国家卫生研究院（NIH）所属的国家过敏症和传染病研究所（NIAID）、MaxCyte公司和Leidos生物医学研究公司的研究人员开发出一种新的方法来修复源自X连锁慢性肉芽肿病（X-linked chronic granulomatous disease， X-CGD）患者体内的造血干细胞中的一种缺陷的基因。当移植到小鼠体内后，这些经过修复的造血干细胞产生功能正常的白细胞，这提示着这一策略可能潜在地被用来治疗X-CGD患者。相关研究结果发表在2017年1月11日那期Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“CRISPR-Cas9 gene repair of hematopoietic stem cells from patients with X-linked chronic granulomatous disease”。
8 R  ?7 E' p; B# \5 z- l, V
$ n! r& g: s8 t. @- l% Y+ \) yX-CGD是一种罕见的遗传性免疫缺陷疾病。它是由基因CYBB发生突变导致的。基因CYBB为产生蛋白NOX2提供遗传指令。蛋白NOX2上存在的缺陷会破坏白细胞抵抗感染的能力，从而让X-CGD患者非常容易遭受威胁生命的感染。在这项新的研究中，研究人员着重关注一种CYBB基因突变：CYBB的单碱基变化导致没有活性的NOX2产生。$ _. C6 T7 i' @" n6 J, l
% u  L$ }% t1 }* h* o
【2】Science：突破性成果！科学家重编程胚胎干细胞成功扩展其潜在的细胞命运
: s: G  {4 c$ y% k
, `' @: p( V$ [& _- H7 x, {doi：10.1126/science.aag19271 h* q6 Q% P, ]1 ?" M

9 c  f9 }4 j1 V4 V0 P1 ^近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自加利福尼亚大学等机构的研究人员通过联合研究开发出了一种新方法，该方法能够对小鼠胚胎干细胞进行重编程使其能够表现出颇似受精卵一样的发育特性。研究者指出，这些全能样的干细胞不仅能够产生发育胚胎中所有的细胞类型，还能够产生一些特殊类型的细胞，这些细胞能够促进胚胎和母体之间的营养交换。* ^/ P- I; `" S, O# z7 [' P
% W- c( Y: r- ^2 v- r2 M5 A+ c
这项研究或将帮助研究人员理解早期胚胎发育过程中的分子决策，同时也将扩展干细胞所产生的组织类型的“目录”，对于后期再生医学研究以及基于干细胞疗法的开发也至关重要。一个受精卵拥有完全的发育潜能，其能够产生所需的所有细胞类型，包括发育中的胚胎以及额外的胚胎组织，胎盘哺乳动物、胚外组织比如胎盘以及卵黄囊的特性对于胎儿和母亲之间进行营养和废物交换非常重要。
6 m0 N# X) c8 A
- d- B8 \( _) R, J  s1 W8 j2 e6 f( y4 h- @  q8 a( L/ `' q: z$ u
1 Y/ y8 n# G( k  _% d
【3】Nat Bio Eng：突破！科学家利用干细胞成功再生出心脏外层结构
! V- E- \5 y4 Y2 N* v- w- z
% [8 N: L& Q6 S" ^新闻阅读：Researchers use stem cells to regenerate the external layer of a human heart3 e% F' G+ \: J/ O2 I  Q3 |
- o  Z& N  d5 d1 Y. b7 ?
近日，刊登在国际杂志Nature Biomedical Engineering上的一项研究报告中，来自美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员通过研究利用干细胞成功再生出了人类心脏的心外膜细胞；研究者表示，早在2012年，我们就发现如果能够利用化学物质处理人类干细胞，使其连续激活干细胞并且抑制Wnt信号通路，就会促进干细胞转变成为心肌细胞，心肌作为心脏三层结构中的中间一层结构，其非常厚实，能够通过收缩向机体各部供血。
6 r' A3 k) }0 i' D6 F
8 `6 h' h6 r0 {( s2 N  p+ KWnt信号通路是由蛋白质组成的一种特殊的信号转导途径，其能够利用细胞表面受体将信号传入细胞内部。Xiaojun Lance Lian教授表示，我们需要为心脏祖细胞（cardiac progenitor cells）提供额外的信息使其转化成为心外膜细胞，但在这项研究之前，我们并不清楚这种特殊的信息是什么，如今通过研究发现，如果能够再次激活细胞中的Wnt信号通路，我们就能够重新驱动心脏祖细胞转变成为心外膜细胞，而不是心肌细胞。
* e( M6 U9 @1 m3 c$ ^
3 O$ D5 ?1 N: k$ M【4】Nature：重磅！首次利用多能性干细胞培育出人胃底组织* g$ y6 p# Z4 h. ~1 d) U
2 o0 t# [! T6 n! J2 Q# Q$ k
doi：10.1038/nature21021
+ Y8 K/ O& E+ U: k" D0 W
) E( f; P% D# @( u/ Y  s7 g+ R在一项新的研究中，美国辛辛那提儿童医院医学中心多能性干细胞部门主任Jim Wells博士及其团队在培养皿中利用多能性干细胞培育出产生胃酸和消化酶的人胃底（stomach fundus）组织。相关研究结果于2017年1月4日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Wnt/β-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans”。这项研究是在Wells团队培育出胃部的激素产生区域（即胃窦）两年后开展的。! {6 R$ j' |6 N+ z2 ?0 x% A
+ R1 o) ]0 {. g9 z
这一发现意味着科学家们如今能够培养出人胃部的部分区域，从而以前所未有的方式研究疾病，为开发新的疗法构建模型，以及理解人胃部发育和健康。- G, |) `" I% _6 L, j/ W

, m8 B1 ^4 r* |0 HWells说，“鉴于我们能够培育人胃窦和胃底微器官，研究这些人胃组织如何在生理学上相互作用，对感染和损伤作出不同的应对，和对药物治疗作出反应。胃部疾病影响美国上百万人，而且胃癌是全世界第三大癌症相关死亡的病因。”
4 q4 Q" M$ x0 g1 F( d, L- s' l8 E6 k4 F4 h
! e$ R& X+ ^8 d2 H
5 O8 f' D  H! [# `' w! |# d
【5】Adv Healthc Mater：开发出磁控干细胞用于肿瘤药物靶向输送
* l- X- p7 m6 a7 j) |2 P, `. u8 O1 \( o3 U$ o" H
DOI： 10.1002/adhm.2016008430 n; [6 [- t" c& H& s% E4 H' |
) c* j4 O6 L7 \7 g& c1 U4 o
来自托木斯克理工大学（TPU）的科学家开发出了一种控制间充质干细胞（MSCs）的新技术，可以更有效治疗肿瘤。为了攻击肿瘤细胞，科学家们尝试采用磁场控制病人的自体细胞，因为自体细胞不会被机体免疫系统排斥，因此可以直接将药物带到肿瘤中心。这项新技术由TPU、巴普甫夫医科大学及伦敦大学女王学院的研究人员一起完成。1 A+ N2 M1 d( ]5 ]! T9 B
. W6 c& U6 p$ Y# O% d' X2 M
他们将约10微米的MSCs与包含药物的磁性微米颗粒结合在一起，采用外加磁场驱使细胞向肿瘤组织移动，到达肿瘤组织后这些微米颗粒会将包载的药物释放出来，因此药物被精准输送到肿瘤组织，不会对正常组织造成伤害。- R4 @) G9 v% K. @* ?6 e
' H5 U: i3 v% c$ [2 l. ?& \
“MSCs本身就具有肿瘤趋向性，它们还可以在体内外分化成为骨、脂肪、肌肉或结缔组织。因此MSCs在替代疗法、基因或细胞工程领域很具有吸引力。”共同作者之一Alexander Timin说道，他是TPU的一名研究员。
9 O. X6 z9 K6 q/ U, b% G
: i! Y9 k  i& |- R【6】JCB：microRNA调节眼睛干细胞功能的分子机制1 Z( I) L5 W& _& @' \; j! c
" s$ m% K' D5 C# p
doi：10.1083/jcb.201604032
1 S1 `) ]4 S7 q8 D  u0 M% n$ ]  u" ]9 l) y0 N
近日，来自美国西北大学的研究人员通过研究发现，microRNA-103/107家族（miRs-103/107）能够调节富含干细胞的眼睛角膜缘上皮组织的生物学过程，相关研究刊登于国际杂志the Journal of Cell Biology上。0 r* _! b; `4 K: V

2 Y( X0 W4 X& p这项研究首次阐明了细胞自噬过程和巨胞饮（Macropinocytosis）之间的关联，细胞能够进行自噬过程，以这种方式作为降解细胞内废物和对压力产生反应的方法，在巨胞饮过程中，细胞能够摄入大量的物质，包括液体、细胞膜、细菌和病毒等。研究者Robert Lavker博士表示，我们发现miRs-103/107对自噬末期的合适调节非常关键，同时还能够帮助抑制过量的巨胞饮过程。. u6 w4 r5 u% V- J! u

& J5 U  }3 \+ `4 v6 X, m此前研究中，研究者发现，microRNA家族能够在眼睛角膜缘上皮组织中优先表达，角膜缘上皮组织中的干细胞能够维持角膜上皮的正常功能；miRNA家族能够帮助调节角膜缘上皮基底细胞分裂的能力，并且维持这些细胞的增殖能力。研究者Han Peng表示，我们对miRs-103/107进行了沉默操作，结果发现，角膜缘上皮组织中产生的大量空泡结构取决于巨胞饮。5 q" e  ?, y5 X: w6 C

3 L6 H# S# B8 \' o" e0 r' b2 v6 T4 A& d6 p3 v5 ]/ c
! L1 E% F9 W# R" \
【7】Nat Commun：突破！科学家成功开发出新版本干细胞 或具有强大的治疗潜力
0 {( f: X- g& o2 [+ k& ]7 Z5 V1 ?) z: u; u0 [( h! H8 x. k
doi：10.1038/NCOMMS13724
3 v. n5 F6 ~0 @' N4 ]) ~$ {+ U; N+ X& j  ]. i4 c  k
最近，一项发表在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自北卡罗来纳州立大学、中国郑州大学第一附属医院等机构的研究人员通过研究开发出了一种合成版本的新型心脏干细胞(Cardiac stem cell， CSC)，相比天然干细胞而言，这些合成细胞能够提供一定的治疗潜力，同时还能够降低干细胞疗法相关的疾病风险，此外研究者开发的这种新型干细胞还具有一定的稳定性，该技术有望帮助开发其它类型的干细胞。& [9 q: j: d$ |1 N
9 v+ |2 O/ E! f" u( r. D" W0 c, o6 a
干细胞疗法能够通过促进机体内源性修复来发挥作用，也就是说，其能够通过分泌一些旁分泌因子（paracrine factors）来帮助损伤的组织进行修复，这些旁分泌因子包括蛋白质和遗传物质，当干细胞疗法能够对疾病进行有效治疗时，往往也会诱发机体肿瘤的生长和免疫排斥反应的产生，此外这些干细胞自身都非常脆弱，在其被使用之前需要进行包括储存等一系列重要的过程。
, |' L3 @1 a9 T, r8 D/ a6 y: I9 F3 w4 n0 I9 P$ g! g* M, Q% I+ Z8 O
【8】Nature子刊：重磅！科学家研发出人工合成干细胞治疗心脏病6 ]0 H2 G7 d. k0 O2 M3 }/ W. s1 B

7 {  c) M" [2 o2 ?4 t8 dDOI：10.1038/NCOMMS13724
7 {; r+ R8 b3 V/ X4 y! {- B/ n4 z: A( u( u0 F" \
多项研究表明，干细胞治疗主要通过旁分泌机制（释放蛋白质和核酸等）修复损伤组织。虽然干细胞治疗的有效性已得到广泛证实，但是其疗法仍具有一定的潜在风险，例如诱导宿主肿瘤形成和免疫排斥反应。另外，干细胞自身具有易碎性、难保存性、和操作的复杂性等缺点。% o& h1 {: _, N6 d1 e* Z" z
2 Q0 b6 V4 a) N6 W1 V% U4 u  ]
任职于北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的本文通讯作者程柯Ke Cheng教授，一直致力于心脏干细胞的研究。这次，Cheng教授位于北卡的实验室和郑州大学第一附属医院的张金盈教授合作，研发出具备心脏干细胞分泌因子和细胞膜的人工合成干细胞，并命名为细胞模拟微粒（Cell-mimicking microparticle， CMMP）。. z$ P% }. B  I- J. [

( Q" C, l- H8 H+ qCheng说，“我们的设计思路是从天然心脏干细胞中提取分泌因子，再和生物可降解微粒融合形成颗粒，最后包被心脏干细胞的细胞膜。我们称这种能模拟细胞治疗功能的微球为细胞模拟微粒CMMP。”. B+ v' b* A7 Q' R" }' P. j
& d& c7 X- j# F- A% m
: W' P4 }- D7 h0 C% a- `

5 `- K4 e% Y- B3 B【9】Development：科学家成功“复位”人类胚胎干细胞的生物钟  C& C6 x4 y" K6 b0 }. o
: C8 ]5 ^5 T5 i  j' Q
doi：10.1242/dev.138982Zambidis
* `: B$ x6 q! o4 ^8 E, Y) ]. U/ G0 ?& }: `6 G: @
近日，一项刊登在国际杂志Development上的研究报告中，来自约翰霍普金斯大学的研究人员通过研究利用细胞信号化合物的混合制剂成功逆转了人类胚胎干细胞（ESCs）的生物钟，从而就能赋予细胞相同的灵活性；研究者表示，促进干细胞的发育生物钟回归至早期阶段或许就能够为我们提供机会来诱导人类干细胞成为任何一种类型的细胞，从而用作器官移植和遗传性疾病模型的开发中，最终这些细胞或许就能够被用来开发出嵌合体动物。
* C$ `( M: S* P) |6 m$ o8 m
* v) I3 p) o2 ^" k  s+ j研究者指出，这种名为3i混合制剂（三种化合物抑制剂）能够促进干细胞产生具有标准小鼠ESCs细胞的所有相同特性，这些细胞很容易生长，能够进行操控并且分化成为多种类型的细胞，同时并不含有来自转化的人类干细胞中的一些遗传不稳定性。5 l8 j$ q! ^: r, O3 ^8 h. `& y

, i1 N: r$ `  E! J( h+ F( F6 ]" o: q. \研究者Elias Zambidis博士指出，当首批人类ESCs在1998年被分离时，对这些细胞进行研究的科学家们很快就注意到了这些细胞和20年前从小鼠机体中分离出的细胞间的差异性，小鼠的ESCs在培养皿中能够很快地生长起来，并且能够产生几乎所有类型的细胞或组织，同时还能够被遗传性修饰以及制造出嵌合体模型。8 O! `9 @) B# v! _# J7 R
# @  I, i1 n! C  ?  G
【10】Cell Rep：干细胞转变为神经元的新方法
- W! l  E, p" ?- W- m* \0 g; u$ ?% d: \! V
DOI： 10.1016/j.celrep.2016.07.035; z  {! _4 N# b/ I/ b
( f) T. S5 e# o) ^
由于很难获得功能完整的人神经元，在实验室研究神经紊乱面临着巨大挑战。而最近一项由杜克-新加坡国立大学医学院的研究人员开发的新技术可以在实验室快速高效地培养出与神经紊乱相关的神经元，这或许为神经紊乱疾病的研究带来了希望。
6 p5 d$ C/ [7 [" g1 A, A6 j$ s& c3 ?( S( E* U9 ~* q
根据释放的神经递质种类，神经元可以分为激活性神经元和抑制性神经元，如分泌谷氨酸盐的神经元是激活性神经元，分泌γ-氨基丁酸（GABA）的神经元则是抑制性神经元。抑制性神经元是癫痫等疾病的罪魁祸首，但是目前研究人员对这种神经元知之甚少。新加坡A*STAR基因组研究所的博士后Alfted Sun说道：“主要原因就是目前缺乏在体外快速高效地产生这些神经元的方法。”事实上，现有将干细胞培育成GABA分泌神经元的方法周期很长，需要超过6个月才能完成，这严重限制了相关研究的进展。
# c2 P) g+ b# O2 A( C# \; v+ P# ]/ I, W' K' @8 H; P8 F

2 f, B5 u0 N% s* v5 i
3 m; X9 u+ y/ [【11】两项研究共同揭示增强造血干细胞再生能力的新方法
$ S; W5 W5 t, C, O% _$ T3 q
% o6 W5 v9 G, L% mDOI： 10.1016/j.celrep.2016.10.025
; s5 ^$ i6 {* Y$ I
4 b8 ^& ?1 m9 E& U( ndoi：10.1038/nm.4251
2 D0 T* `2 I  F' s" U5 K
4 [- o' K( r3 i+ ]6 D1 U来自美国UCLA的研究人员发表了两项研究揭示关键遗传因素如何通过加速或阻碍细胞的再生特性影响造血干细胞。这些发现有望在未来改进对癌症病人的化疗和放疗。# p5 `2 m+ s! x
$ u) G+ e8 C. Z) P
造血干细胞发现于骨髓，这些细胞能够进行自我更新也可以通过分化形成任意血细胞类型。健康的免疫系统依赖于造血干细胞的再生能力。化疗和放疗等常见的癌症治疗方法会在杀死癌细胞的同时损伤造血干细胞，影响血液再生和病人的免疫系统，导致病人需要经历更加漫长和复杂的恢复过程。之前曾有研究表明一些基因可以改变造血干细胞的再生能力，加速或阻碍免疫系统的重建，但是需要更多研究进一步找出这些基因的活性和作用。3 }4 O- D6 a1 Y3 {