2015年干细胞领域突破性研究TOP10

林辉

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2015-12-29 T.Shen     生物谷
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: w4 ~& Z6 T( d3 a! @2015年7月份，Cell Stem Cell杂志刊登了来自澳大利亚哈德逊医学研究中心Courtney McDonald教授题为"干细胞治疗在临床病例中的应用：进展与挑战"的综述性文章，文章中，研究者就目前干细胞治疗方法在欧洲，加拿大，新西兰等国家的临床应用中所取得的研究进展进行了总结，同时也对干细胞疗法在未来发展中可能遇到的挑战进行了展望。
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* [& {$ }9 }' r; \; ?7 N+ a, g5 r( U$ Q如今，科学家们已经可以在体外利用各种类型细胞进行多能干细胞的诱导，来自德国的科学家又将这一技术推进一步，他们在发表在国际学术期刊Nature Structural Molecular Biology的一项最新研究中，成功获得了与胚胎早期阶段具有相同特性的全能干细胞，这些全能干细胞甚至还具有一些更为有趣的特性。. I1 E: B% {$ X7 Q" W1 S

2 R- k0 \3 N: h1 u那么在即将过去的2015年里，干细胞研究领域又有哪些突飞猛进的成果呢？下面，小编为您盘点了2015年度干细胞领域突破性研究TOP10。
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【1】科学家利用皮肤细胞获得可再生胎盘的干细胞0 y, c  T  }3 E9 M$ o

! I" R2 r" }( _/ r: g8 ^! g$ a5 a再生医学是一个快速发展的新兴领域，旨在通过细胞移植替代人体内缺失或损伤的细胞，组织或器官。胚胎干细胞是具有长时间生长并能够自我更新的潜能细胞，能够形成胎儿的各种细胞组织和器官。因此胚胎干细胞在细胞治疗的应用中具有巨大前景。但受体与供体之间的免疫排斥反应以及伦理问题是限制该种细胞应用的巨大瓶颈，而诱导多能干细胞的出现很好地解决了这两个问题。
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当胎盘没有正常发育或出现损伤时，胎盘功能就会受损，胎盘功能紊乱疾病会导致低出生体重，早产以及出生缺陷的出现。其中一种疾病叫做胎儿生长受限，患有该疾病的婴儿会表现出轻微的智力迟缓，一些严重的情况下会导致胎儿死亡，除此之外还会增加母亲受到相关复杂疾病影响的风险。但到目前为止，所有分离并在体外进行人类胎盘前体细胞（如滋养层干细胞）培养的研究都失败了，因此能够模拟或治疗这些胎盘功能紊乱疾病的模型或方法一直没有得到开发。7 r6 ^  `. x! g

- z% s1 M1 t: q3 v- R: G& F  ^$ m【2】Stem Cells：新方法，干细胞立变骨细胞
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+ V/ q/ j& G2 m3 E6 U% t5 _4 _假如老年人发生了骨折或置换了髋关节，骨骼需得重新形成并且需要非常慢的时间才能愈合。在这个过程中不但需要形成骨骼，也需要形成脂肪。北卡罗莱纳大学医学院的研究人员可能已经发现了一种对骨形成起决定性作用的方法。他们用细胞松弛素D(霉菌中发现的一种天然物质)，它可以作为一种代用品来改变间充质干细胞细胞核的基因表达，迫使它们成为成骨细胞(骨细胞)。! N8 C0 A' C7 C' A; n: `$ F
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通过干细胞治疗——干细胞可以成为脂肪或骨细胞，应用细胞松弛素D的结果是明确的：干细胞可变成为骨细胞。此外，注入少量的细胞松弛素D到小鼠的骨髓隙中可促成骨形成。这项研究发表在《干细胞》杂志上，文章详述了科学家如何改变干细胞促使骨骼生长。
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Janet Rubin博士说：“骨骼形成非常迅速，数据和图像非常清楚；你不是一个骨科专家也可以看懂细胞松弛素D一周内在小鼠体内的作用情况。”  M, e& N2 {; I% `; X; a
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【3】Cell：科学家发现提高造血干细胞移植效率新方法8 a1 U7 b/ L; W; I6 ~) h

! o! ~' c; f: K, W+ ]+ _造血干细胞驻留在骨髓和脐带血的低氧环境中，但几乎所有的造血干细胞研究都是在非生理条件的环境空气中进行造血干细胞的分离和筛选。8 o! ]- V, n2 \2 T2 N# [
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在该项研究中，研究人员在低氧条件下对骨髓和脐带血进行了收集和操作，证明将骨髓和脐带血暴露在环境空气中会降低造血干细胞长期扩增过程的细胞得率，同时会增加祖细胞的数量，研究人员将这种现象称为非生理学氧气应激（EPHOSS，extraphysiologic oxygen shock/stress）。因此，骨髓和脐带血中造血干细胞的数量一直都被低估。
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随后，研究人员通过亲环素d（cyclophilin d）和p53将ros的产生和线粒体通透性转换孔（MPTP）联系在一起作为EPHOSS的分子机制进行了实验探究。MPTP抑制剂--环胞素a能够保证在空气中收集小鼠骨髓和人类脐带血中的造血干细胞时避免发生EPHOSS反应，从而增加了可用于移植的造血干细胞数目。
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【4】Nature：干细胞一关键结构可决定干细胞命运
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最近，来自美国西南医学中心的研究人员与密歇根大学的研究人员合作开展了一项研究，发现了一个全新机制能够帮助解释为何只有干细胞能够进行自我更新式的细胞分裂。近日，相关研究结果发表在国际学术期刊nature。0 |8 `6 J2 E7 b
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成体干细胞能够在有机体的一生中为组织平衡稳定提供新细胞，一种叫作 "niches" 的特殊环境能够帮助干细胞维持未分化和自我更新状态，组成niches的细胞会产生信号和生长因子促进干细胞的维持。但保证只有干细胞能够接受信号而由其产生的定向分化的后代细胞无法接受信号的机制仍未可知。
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4 U. w0 O; @" |& z在这项研究中，研究人员发现干细胞能够形成由微管蛋白组成的毫微管结构（nanotube），而这些线状的毫微管结构会像吸管一样延伸到niche中，保证组成niche的细胞产生的信号和生长因子只作用于干细胞。# ~& |8 W6 Q8 Y8 R; G
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# m. _4 C$ e% Q3 W【5】Nature：终于找到你！肝脏干细胞来源揭秘- W$ x2 Z% C: r3 C
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Nature杂志最新在线的一篇研究中，Howard Hughes医学研究所（HHMI）的科学家确定了能够分化为功能性肝细胞的干细胞。这项研究解开了关于肝脏不断新生的细胞到底从何而来的老谜团。研究的通讯作者，斯坦福大学HHMI研究员Roel Nusse博士说：“我们解决了一个很老的问题.我们发现，就如同其他需要补充丢失细胞的组织，肝脏干细胞也会增殖和产生成熟细胞，甚至在没有肝损伤或疾病的情况下。”- K% D% w7 z# I* f# h$ j; D
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肝脏主要由高度分化的肝细胞组成并完成许多任务，包括储存维生素和矿物质、去除毒素、调节血液中脂肪和糖。这些细胞的死亡后，由健康的新肝细胞取代。但这些新细胞的来源从来没有被确定。- K; |/ e8 j$ r1 ?
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干细胞，能在补充保持自己数量的同时发展成高度分化的细胞，为皮肤，血液等组织在随着时间丢失细胞的时候提供新的细胞。但是，在肝脏中还没有发现过干细胞的存在。一些科学家推测，成熟的肝细胞可能通过分裂保持其数量。但Nusse博士说，肝脏成熟的细胞已经高度分化，它们可能已经失去了分裂能力。
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【6】Cell：惊人发现！细胞周期时钟控制胚胎干细胞多能性. c$ F- M) z/ z4 z5 g2 o( T
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近日，一篇刊登在国际著名杂志Cell上的研究报道中，来自新加坡A*STAR基因组研究所的研究人员通过研究首次揭示细胞周期时钟控制多能干细胞分化的分子机制，相关研究或为理解细胞分化机制，以及开发新型潜在疗法提供思路。
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胚胎干细胞并不能分化为特殊类型的细胞，当其出于多能性状态时才可以，细胞周期分为四个阶段：G1、S、G2及M期，此前有研究发现胚胎干细胞的细胞分化尽在G1期才开始，而由于G1期的特性才会促进细胞的谱系规范，而其它三个细胞周期特性的缺失被认为可以阻碍癌细胞的分化。
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2 e; ~) w; `; i% d6 u9 G2 `8 V这项研究中研究人员利用高通量的筛选技术首次发现，在S和G2期胚胎干细胞可以维持自身的多能性，也就是说胚胎干细胞可以积极地抵御分化过程；另外研究者还表示，当存在DNA损伤时，胚胎干细胞就不会发生分化，以便抑制缺乏基因组稳定性的特殊分化细胞的产生。
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. n8 @. A2 t2 x9 _6 T8 J8 h【7】Cell Sys：光！控制胚胎干细胞分化2 N* ]% S3 h- G9 j* N/ Y
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发表于国际杂志Cell Systems上的一项研究中，来自美国加州大学旧金山分校（UC San Francisco）的研究人员通过研究开发出了一种方法，首次利用光束来精确控制胚胎干细胞的分化，从而使其可以分化成为神经细胞来进行精确的体外研究提供一定帮助。
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研究者Matthew Thomson说道，我们发现了一种基本的机制，细胞可以利用该机制来决定是否进行发育；在胚胎发育期间，干细胞会表演一段精心安排的“舞蹈”，随后其会从无作用、未分化的形式转化成为构建机体主要器官系统的细胞。近些年来科学家们在未分化的干细胞中发现了很多可以编码干细胞发育的基因，而揭示这些细胞如何忽视嘈杂的波动以及快速反应形成机体所需细胞一直是科学家们的研究热点。
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! V8 `' \1 F7 r为了检测干细胞如何将发育线索作为关键的信号或是外部“噪音”，科学家们对培养中的小鼠胚胎干细胞进行了工程化操作，他们利用蓝色光脉冲开启了一种名为Brn2的基因，该基因是一种潜在的神经分化的线索，通过调整光脉冲的强度和持续性，研究者就可以实现精确控制Brn2的剂量，并且观察细胞的反应。研究者表示，如果Brn2信号足够强的话，干细胞就会快速转化成为神经元。- {0 p' t- P& v  Z: `  B' K
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【8】Nature医学颠覆性文章：杜氏肌营养不良其实是干细胞病# ~( a9 q8 t* q9 A( ^# g

( P4 g, X5 ]3 ]- |' m8 t# m+ Q' B渥太华大学和渥太华医院的研究人员首次发现，杜氏肌营养不良（DMD）能够直接影响肌肉干细胞。这项研究发表在十一月十六日的Nature Medicine杂志上，颠覆了人们长期以来对这种疾病的理解，为实现更有效的治疗奠定了基础。
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' y# E, x! w; G( [; g渥太华大学和渥太华医院的研究人员首次发现，杜氏肌营养不良（DMD）能够直接影响肌肉干细胞。这项研究发表在十一月十六日的Nature Medicine杂志上，颠覆了人们长期以来对这种疾病的理解，为实现更有效的治疗奠定了基础。0 I; Z# ~2 r* C. n8 n. `! A
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“近20年来，我们一直以为这些患者的肌无力主要是因为肌纤维出了问题。但我们这项研究显示，患者肌肉干细胞的功能本身就存在问题，”文章的资深作者Dr. Michael Rudnicki说。“这彻底改变了我们对杜氏肌营养不良的认识，有望大大提高治疗的有效性。”
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" _1 {: `6 ]. K  d【9】Nature：细胞失忆或促进干细胞产生
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1 L4 |' l/ j, w# e成体细胞，比如皮肤或血液细胞，其都有一种特殊的细胞记忆，或者记录细胞如何从未定型的胚胎细胞进化到特殊的成体细胞；如今刊登于国际著名杂志Nature上的一项研究论文中，来自哈佛干细胞研究所等处的研究人员通过研究鉴别出了新型基因，当该基因被抑制时就会有效地擦除细胞的记忆，使细胞被重编程更加敏感，进开始进行快速高效地重编程过程。
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研究者Konrad Hochedlinger博士指出，我们开始这项工作，因为我们想知道为何皮肤细胞是一个皮肤细胞，而且为何其在第二天或者下个月，甚至是一年后不会改变其身份。人类机体中的每一个细胞都具有相同的基因组或者DNA蓝图，而且在机体发育期间基因被开关的方式可以帮助解释每一种成体细胞如何变化；通过操控这些基因并且引入新型因子，科学家们就揭示了成体细胞基因组休眠的部分，以及如何对其进行重编程来形成另外一种类型的细胞。
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* ]2 v2 G: Y. c+ V; {% M+ c( a6 z【10】Nat Biotechnol：干细胞开发出可产血清素的神经元
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近日，来自美国威斯康星大学的研究人员通过研究开发了一种可以制造血清素的特殊神经细胞，血清素是一种在大脑中扮演多种重要角色的化学物质，其可以影响机体情绪、睡眠、焦虑、抑郁、食欲等表现，同时也在很多严重的精神性疾病中扮演者重要作用，比如精神分裂症和双相情感障碍等。/ D' O$ e% k# o& @

1 B2 ?# R# h& o. v/ [0 r研究者Su-Chun Zhang说道，从本质上来讲，血清素可以调节机体大脑功能的多个方面，包括运动等，这种化学物质是通过位于脑后特殊结构的一系列神经元所产生的，而血清素可以发挥其影响作用是因为制造血清素的神经元可以对大脑几乎每一个部分产生影响。
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( p# z: @$ V) l6 _. ~  E相关研究刊登于国际杂志Nature Biotechnology上，研究者开始对两种类型的干细胞进行研究，其中一种来自于胚胎，另外一种来自于成体细胞，因为血清素神经元在出生前就可以产生，因此研究人员必须在子宫中营造一种适于胎儿发育的化学环境；他们表示，这听起来相当简单，但我们需要制造产生许多不同类型的神经细胞，为此就必须指导干细胞使其发育成为特殊的形式，随后在特定的浓度下利用一种专门设计的序列分子进行研究。