Science医学：创新性激光诱导干细胞再生疗法

坤明

时间：2014年5月29日 来源：生物通
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; a3 t1 |0 v, N: v6 t2 j生物通报道  由哈佛大学领导的一个研究小组第一次证实了，利用低功率光线可触发机体内的干细胞再生组织，他们将这一突破性成果发布在《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。5 z6 y- q8 Q$ D$ \
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Wyss研究所核心成员David Mooney博士领导的这项研究，为一系列的牙科修复及更广泛的再生医学临床应用，例如伤口愈合、骨再生等等奠定了基础（延伸阅读：补牙时代结束了，干细胞技术实现牙齿再生）。  r: y8 _3 ^0 i$ y- w5 M$ B
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该研究小组利用低功率激光触发人类牙齿干细胞形成了牙本质。此外，他们还阐明了与之相关的确切分子机制，利用多个实验室和动物模型证实了它的效力。# C& U1 {# a9 a7 l5 E( M- S8 b: d' ]

5 }0 ?  p) \- D$ K. U. i许多的生物活性分子，例如称作为生长因子的调控蛋白可以触发干细胞分化为不同的细胞类型。当前的再生技术要求科学家们从身体中分离出干细胞，在实验室中对其进行处理，然后再将它们输回体内——在实现临床转化的道路上面临着一系列的调控和技术障碍。Mooney的方法则不同，他希望其能够更容易地为临床执业医生所用。
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Mooney 说：“我们的治疗方法不会将任何新东西导入到机体，激光常规用于医学和牙科，因此临床转化的障碍很低。如果我们能够再生出牙齿而非替换它们，这将是这一领域的一个重大进展。”
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该研究小组首先求助了论文的主要作者、牙科医生Praveen Arany博士。Arany将啮齿动物带到了实验室中的牙科医生办公室给它们的臼齿（molar）上打洞，用低功率的激光处理包含成体牙齿干细胞的牙髓，随后给戴上临时帽，维持动物的舒适和健康。在12周后，高分辨率X射线成像和显微镜证实，激光治疗触发增进了牙本质形成。0 ?. f. J- ?3 Z+ i, o7 U$ [

7 r1 E' T$ Y, y1 H  v2 @Mooney说：“这是一种稀有案例，在人类中将更容易完成这项工作，”Mooney说。. O, P' e$ a  B# X7 D. I" A1 q
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接下来，该研究小组完成了一系列的培养物实验来揭示导致激光治疗再生效应的确切分子机制。结果表明一种普遍存在的调控细胞蛋白TGF-β1在触发牙齿干细胞生成牙本质中起关键作用。TGF-β1可被许多分子激活，在此之前其以一种潜伏形式存在。
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研究小组证实，这里存在一种化学多米诺效应：以一种剂量依赖性的方式激光首先诱导了活性氧簇（ROS）,这一化学活性分子在细胞功能中起重要作用。ROS激活了潜伏的TGF-β1复合物，转而促使干细胞分化为牙本质。
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9 r! v' h- h) P5 |2 [阐明这一机制至关重要，因为它为数十年来关于低水平光疗法(LLLT，也被称作为光生物调节)的大堆轶事提供了坚实的科学基础。- {/ q' l) s( _, }
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自上世纪60年代医疗激光应用兴起以来，医生们累积的事实证据表明低水平光线治疗可以促进各种各样的生物过程，包括让皮肤恢复青春，刺激毛发生长等等。有趣的是，采用同样的激光也可以切除皮肤，除去毛发，这取决于临床医生使用激光的方式。低能激光的临床效应很微妙且存在很大程度的不一致性。新研究工作第一次表明了科学家们已经接触到了分子水平上低水平激光治疗作用机制的核心，为制定可控治疗方案奠定了基础。! t: W' r: M* R
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Wyss研究所创始主任Don Ingber博士说：“科学界正在积极探索一系列的方法，利用干细胞实现组织再生。Dave和他的研究小组给这一工具箱中添加了一个创新的、非侵入性的、相当简单却功能强大的工具。”  P; i* I+ ?" z) ]* _* j& w6 T
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接下来Arany的目标是推动这一工作进入人类临床实验。当前他正与美国国立口腔与颅面研究所(NIDCR)的同事们展开合作，制定必要的安全和疗效参数。“对于能够扩展这些结果至其他干细胞类型的再生应用，我们也感到非常兴奋。”, `5 M9 T( C, C7 C6 \7 ^2 U
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（生物通：何嫱）

坤明

Photoactivation of Endogenous Latent Transforming Growth Factor–β1 Directs Dental Stem Cell Differentiation for Regeneration6 C0 Y1 f9 S- R3 w

' ^0 u8 W) E* ?9 B, jRapid advancements in the field of stem cell biology have led to many current efforts to exploit stem cells as therapeutic agents in regenerative medicine. However, current ex vivo cell manipulations common to most regenerative approaches create a variety of technical and regulatory hurdles to their clinical translation, and even simpler approaches that use exogenous factors to differentiate tissue-resident stem cells carry significant off-target side effects. We show that non-ionizing, low-power laser (LPL) treatment can instead be used as a minimally invasive tool to activate an endogenous latent growth factor complex, transforming growth factor–β1 (TGF-β1), that subsequently differentiates host stem cells to promote tissue regeneration……

潘条子来了

要是能过度到临床 将是革命性的变化

潘条子来了

论文采用0.04厘米直接的光纤输出激光，尽管照射面积上的平均强度属于低强度（~ 10 mW/cm2），但激光的光强分布属于高斯分布，中心部位的强度可以达到~10 W/cm2，至少属于中等强度的范畴，直接证据就是能够让无细胞血清产生活性氧。按照论文的强度估计可以引起光斑中心部位的细胞凋亡，Wu S等人（2014）利用这个特点直接杀死癌细胞，但论文并没有评价细胞实验中的凋亡率，凋亡率到底如何？实验是否可以再现？