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盘点干细胞培养制造技术新进展

来源:网络    作者:佚名    时间:2016-06-28    点击: 次   

 

细胞是一种能够长期存活,且具有不断自我繁殖能力和多向化潜能,几乎存在于所有组织中的原始细胞。近年来随着科学家们研究的深入,干细胞在血液系统疾病、神经系统疾病、心血管疾病、自身免疫系统疾病以及内分泌疾病等各种疾病的治疗上让人们看到了希望。
干细胞技术是当今医学研究最前沿也是最热门的方向之一,近年来发展迅猛,也取得了令人兴奋的成果;同时科学家们在干细胞的培养制造上也取得了巨大的成就,近日刊登在Cell Stem Cell上的一项研究报告中,来自麻省总医院的科学家就开发出了一种新程序,该程序或许会彻底改变成人干细胞的培养程序。
本文中,就对干细胞制造培养的新技术或进展进行了盘点,与大家一起分享。
1 SCTM:首次开发出生产成体干细胞的方法
doi10.5966/sctm.2011-0022
澳大利亚昆士兰大学科学家在世界上首次开发出生产成体干细胞的方法,这一研究成果将深刻影响着患有一系列严重性疾病的病人。
这项研究是包括昆士兰大学澳大利亚生物工程和纳米技术研究所在内的多家研究机构合作开展的,由昆士兰大学临床研究中心教授Nicholas Fisk领导。
间充质干细胞(mesenchymal stem cells MSCs)能够被用来修复骨骼和潜在性地修复其他器官。这项研究揭示一种生产间充质干细胞的新方法。
Fisk教授说,我们使用一种小分子SB431542---一种转化生长因子β (transforming growth factor-β TGF-β)途径抑制剂---诱导胚胎干细胞10(就可产生间充质干细胞),产生速度要比文献中报道的其他研究快得多。这种技术也可适用于较少引起争议的诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell iPSC)
2 Biofabrication:三维打印人胚胎干细胞取得重大突破
DOI10.1088/1758-5082/5/1/015013
在一项新的研究中,来自苏格兰的一个研究小组首次使用一种新的三维打印技术来排布人胚胎干细胞(human embryonic stem cells hESCs).相关研究结果于201325日发表在Biofabrication期刊上,论文标题为"Development of a valve-based cell printer for the formation of human embryonic stem cell spheroid aggregates".这一突破有望允许人们利用hESCs构建三维组织和结构,从而加快和改善药物测试过程。
在生物制造领域,通过结合人工固体结构和细胞来制造三维组织和器官在最近几年取得巨大进展.然而,在大多数之前的研究中,动物细胞被用来测试不同的打印方法以便制造这些结构。
论文共同作者、苏格兰赫瑞瓦特大学研究员Will Wenmiao Shu博士后说,"据我们所知,这是第一次打印hESCs.利用hESCs制造三维结构将允许我们构建出更准确的人组织模型,而这些人组织模型是在体外进行药物开发和毒性测试所必需的.因为大多数药物开发都是针对人类疾病,所以使用人组织是有道理的。"
长期而言,这种新的打印方法可能为整入hESCs到人工构建的器官和组织奠定基础,其中这些人工器官和组织准备被移植到患有不同疾病的病人体内。
3 Biofabrication:手持式3D“打印笔”可高效打印出人类干细胞
doi10.1088/1758-5090/8/1/015019
近日,刊登于国际杂志Biofabrication上的一项研究报告中,来自澳大利亚的研究人员通过研究,利用一种手持式的3D打印笔在自由模式下成功绘制出了具有较高生存率的人类干细胞。研究者开发的这种新型设备可以帮助外科医生在手术期间进行个性化的软骨移植。
研究者指出,利用水凝胶式的生物墨水来携带并且支持人类干细胞生长,并且利用较低的光源来凝固生物墨水这种打印笔运输的干细胞的存活率就会超过97%。而这种新型的3D打印笔同时也为组织工程学研究带来极大帮助,比如其可以逐层打印出细胞,用来构建可供移植的人工组织。
但在某些情况下,比如进行软骨修复的过程中,植入物的精确几何学特性或许就不能够被精确应用于外科手术中,这就使得进行人工软骨组织移植物的前准备工作变得复杂而且困难;新型打印笔的作用就好像外科医生的手一样,可以将定做好的支架或移植物准确填入患者机体缺失的部位。研究者Choong教授说道,这种新型设备的开发是科学家和临床医生共同努力的成果,对于改善研究以及患者的治疗将带来空前的改变。
4 Nature Materials:将细胞“挤压”成为干细胞
DOI10.1038/nmat4536
瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)科学家们最近开发出一种新的方法,帮助细胞变成可用的干细胞。这种方法涉及使用凝胶来"挤压"细胞,为大规模生产医学用途的干细胞铺平了道路。
干细胞目前处于现代医学的前沿。它们能够转化为不同器官的细胞,有望为治疗一系列损伤和疾病提供新的方法。但以标准化的方式生产正确类型的干细胞仍然是一个严峻的挑战。EPEL科学家们开发出一种凝胶,通过三维"挤压"细胞成型,提升细胞重编程为干细胞的能力。这项研究2016111日在线发表于《Nature Materials》期刊,新技术还可以轻松地扩大干细胞生产,工业规模地进行各种应用。
干细胞有不同的类型,其中特别吸引医学兴趣的是"诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cellsiPSCs"。这些干细胞源于基因重编程的成熟、成人细胞,表现为干细胞样。iPSCs可以再生为一系列不同的细胞类型,比如肝、胰、肺、皮肤等细胞。
5 Cell Stem Cell:开发出在体外长期培养成体干细胞的方法
doi10.1016/j.stem.2016.05.012
在一项新的研究中,来自美国麻省总医院(MGH)等机构的研究人员开发出的一种新方法可能引发成体干细胞培养领域变革。研究人员描述了获得来自在日常治疗肺部疾病期间收集的各种组织样品中的气道干细胞(airway stem cell),并对它们进行增殖。这种方法似乎也可用于几种其他的组织,如皮肤、胃肠道内壁和生殖道。相关研究结果于2016616日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Dual SMAD Signaling Inhibition Enables Long-Term Expansion of Diverse Epithelial Basal Cells”
这种新方法为研究哮喘或慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease COPD)等任何一种气道疾病开辟了新途径,论文通信作者、MGH再生医学中心科学家、哈佛医学院医学副教授Jayaraj Rajagopal博士说,尽管我们在过去仅能够允许成体干细胞增殖几代,但是如今我们能够在多家实验室持续几年培养出足够多的成体干细胞用于实验。我们的方法也是非常简单的,避免了之前培养系统的复杂性,使得很多实验室更容易采用它。
6 Nat Commun:三种干细胞制造技术被证安全
doi10.1038/ncomms10536
在一项新的研究中,来自美国斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute TSRI)和克雷格文特尔研究所(J. Craig Venter Institute JCVI)等多家机构的研究人员证实制造临床使用的多能干细胞的方法不可能将致癌基因突变传递给患者。相关研究结果于2016219日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Whole-genome mutational burden analysis of three pluripotency induction methods”。这项研究是评估快速发展中的干细胞疗法对病人安全性的重要一步。
这项新的研究着重关注在病人体内使用诱导性多能干细胞(iPSCs)的安全性。因为iPSCs能够分化成体内任何一种类型的细胞,它们有潜力修复因擦伤或诸如帕金森病和多发性硬化症之类的疾病带来的损伤。
JCVI 人类生物学部门主任Nicholas J. Schork 教授一起领导这项新研究的TSRI发育神经生物学教授Jeanne Loring说,我们想知道对细胞进行重编程是否让它们容易发生突变。答案是
7 Nature:救命!科学家发现生长造血干细胞的新方法
DOI10.1038/nature17665
麦克马斯特大学干细胞和癌症研究所(McMaster University's Stem Cell and Cancer Research Institute)研究人员在理解人类血液系统干细胞方面取得了重大进步,他们发现了一种关键蛋白质如何允许这些细胞更好的控制和再生。
这项研究最新发表于《Nature》期刊,阐明了一种被称为Musashi-2的蛋白质如何调节重要造血干细胞的功能和发育。
研究发现提供能够被用于控制这些干细胞生长的新策略。这些细胞可用于治疗一系列致命疾病,但通常非常短缺。
该研究资深作者Kristin Hope是干细胞和癌症研究所首席研究员、麦克马斯特大学生物化学和生物医学科学系助理教授。其他合作者还包括来自加州大学圣迭戈分校、多伦多大学和蒙特利尔大学的研究人员。
Hope表示,这一发现可能对成千上万遭受一系列血液疾病侵袭的患者产生深远的影响,包括白血病、淋巴瘤、再生障碍性贫血、镰状细胞病等。
8 PNAS:科学家研发出首个成体诱导性专能干细胞
44日,来自于新南威尔士大学(UNSW)的研究团队在顶级期刊PNAS上发表一篇文章,首次开发出一个革命性干细胞修复技术。该技术能够成功将脂肪和骨骼细胞重新诱导成专能干细胞,并有望应用于包括脊柱损伤、骨折在内的人体损伤治疗中。
这一技术类似于蝾螈肢体再生,其最突出的成就在于,将成体细胞转变成诱导性专能干细胞(iMS cells),而且iMS细胞具备自我更新、分化成多种类型的细胞的功能。这种iMS细胞能够治疗因为疾病、衰老或者外伤引发的人体损伤,将革新再生医学治疗机体损伤的现状。
首个诱导性专能成体干细胞(iMS):能够自我更新修复、分化成多类型细胞。
根据所处发育阶段,干细胞可分为胚胎干细胞(ES cells,具有分化成完整个体的能力)和成体干细胞(somaticstem cells)两种。而成体干细胞具有分化成特定细胞的功能,并不能够分化成多种细胞类型。而PNAS发表的这一最新技术的突破性在于,诱导性专能干细胞能够分化成多类型的细胞。
9 PNAS:成体脂肪细胞能够分化形成多能性干细胞,或可用于组织损伤修复
澳大利亚科学家们首次通过将成体骨骼或者脂肪细胞进行重编程,获得能够分化成任何组织的干细胞,从而修复机体的受损组织器官。
这些研究者们根据"蜥蜴能够再生四肢"这一现象获得灵感,开发出能够将成体细胞回归干细胞状态的技术并且获得分裂与多向分化的潜能--即多能性干细胞。这意味着这部分细胞能够修复机体的任何部位的损伤:包括脊髓、关节以及肌肉退化等等。该研究的意义在于,此前从未有成功将成体干细胞分化成多种类型的组织的报道。
"这一技术在干细胞治疗领域属于革命性的进步,此前从未有证据证明成体干细胞能够直接分化形成组织"。来自新南威尔士州大学的首席研究员John Pimanda说道。"我们目前正在研究成体的脂肪细胞能够通过重编程技术成为诱导型多能性干细胞,进而修复小鼠的组织损伤。预计2017年能够进入临床试验"
10 Nature:重大突破!首次制造出人单倍体胚胎干细胞!
doi10.1038/nature17408
在一项新的研究中,来自以色列耶路撒冷希伯来大学、美国哥伦比亚大学医学中心和纽约干细胞基金会研究所的研究人员成功地产生一种新类型的胚胎干细胞,它只携带单拷贝人类基因组,而不是通常在正常干细胞中发现的两个拷贝人类基因组。相关研究结果于2016316日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Derivation and differentiation of haploid human embryonic stem cells”
这项研究中描述的这种单倍体胚胎干细胞是首个已知的能够通过细胞分裂产生携带亲本细胞基因组单拷贝的人子细胞。
人类细胞被认为是双倍体的,这是因为它们遗传两套染色体,总共46条染色体,其中23条来自母亲,23条来自父亲。唯一的例外就是生殖细胞(卵子和精子),它们是单倍体细胞,含有一套染色体,即23条染色体。这些单倍体细胞不能通过分裂产生更多的卵子和精子。
之前利用人卵细胞产生胚胎干细胞的努力可导致双倍体干细胞产生。在这项研究中,研究人员促进未受精的人卵细胞发生分裂。他们然后利用一种荧光染料标记DNA,分离出这些单倍体胚胎干细胞,其中它们散落在更多的二倍体细胞中间。(来源:生物谷)
 

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