​Nature:重大突破!中国科学家诱导出“最年轻”人类全能干细胞

生命起源于受精卵,之后,随着受精卵的无限分裂,不同的细胞发育成了我们不同的组织和器官,最终形成完整的人体。但已经分化成为某种组织和器官的细胞,就不具备分化成其他组织和器官的潜能了。

2006 年,日本京都大学山中伸弥团队在《细胞》期刊上率先报道了诱导多能干细胞的研究。他们把四种转录因子基因克隆入病毒载体,然后引入小鼠成纤维细胞,发现可诱导其转化为一种新细胞,即诱导多能干细胞(iPSCs)。

iPSCs 对于再生医学研究是一个巨大的福利,研究人员可以用一个人的皮肤细胞、血细胞或者其他细胞进行重新编码,将它们转化为诱导性多功能干细胞,这些细胞就可以分化为干细胞、神经细胞或是其他任何需要再生的细胞。这种个性化的疾病治疗方法不仅可以规避免疫排斥的风险,还能避免使用胚胎干细胞带来的伦理方面的争论。

2012 年,诺贝尔生理学或医学奖颁发给了成功将已经成熟的体细胞诱导成为囊胚阶段的多能干细胞的山中伸弥。人类囊胚期的细胞是受精卵发育 5-6 天的状态,其进一步发育的能力比较受限。

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在一项新的研究中,来自中国科学院和深圳华大基因研究院等研究机构的研究人员首次宣布发现了一种无转基因、快速和可控的方法,将人类多能性干细胞转化为真正的 8 细胞阶段全能性胚胎样细胞(8-cell totipotent embryo-like cell),这是目前全球在体外培养的 “最年轻” 的人类细胞,具备非常强的发育潜力,为器官再生和合成生物学的进步铺平了道路。相关研究结果于 2022 年 3 月 21 日在线发表在 Nature 期刊上。

​Nature:重大突破!中国科学家诱导出“最年轻”人类全能干细胞

单细胞测序技术正在推进我们对人类早期发育过程的理解,但胚胎的稀缺性和相关的伦理考虑阻碍了进展。为了克服这一缺陷,研究人员设计了无转基因、快速和可控的培养条件,从原始的人类多能干细胞(PSC)中产生转录和表观上与人类 8C – 胚胎相似的 8CLC(8C 样细胞)。并找到了全能细胞诱导的 2 个关键因子:DPPA3 和 TPRX1。DPPA3 诱导整个 8CLC 转换过程中的 DNA 去甲基化,而 TPRX1 属于一种同源盒转录因子,主要在 8CLC 中发挥作用。

​Nature:重大突破!中国科学家诱导出“最年轻”人类全能干细胞

Generationof8CLCfromhumanPSC

作为发育早期的全能干细胞,这些细胞应该有潜力分化出所有的胚胎细胞类型,进而产生发育必需的组织和器官。研究人员在随后的实验中也证明了这些细胞的全能性。值得注意的是,8CLC 可以在体外和体内产生胚胎和胚胎外谱系:其中,体外实验产生了滋养层干细胞和类囊胚,生物活体实验生成了畸胎瘤。

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Teratoma formation by 4CL naïve PSC, e4CL-day 5 cells and sorted 8CLC

“全能性 8C 样细胞经过 3 次分裂,就能产生胚胎状态的受精卵。相比于多能性干细胞,这些细胞不仅能分化成胎盘组织,还有潜力发育成更成熟的器官,为全球正在等待器官移植的患者带来福音。” 来自中科院广州生物医药与健康研究院的科学家们表示。

这项研究取得的进展最终有可能使个体化器官再生成为现实。通常情况,需要器官移植的人唯一的途径是找到匹配的器官供者。该过程并非万无一失。如果供者的血清型与受者的血清型差别太大,器官移植就会失败。一种不同的旨在通过基因编辑使用于移植的动物器官适应人类的方法也处于起步阶段。

这一成就还为早期胚胎发育的基础研究提供了一种新的体外研究系统,有助于我们了解早期胚胎发育和疾病发生之间的关系,以及研究和治疗出生缺陷和各种发育疾病。

参考资料:

1.Kazutoshi, Takahashi, and, et al. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors[J]. Cell, 2006.

2.Mazid, M.A., Ward, C., Luo, Z. et al. Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04625-0

3.https://news.bioon.com/article/6796966.html

来自: 生物谷

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