干細(xì)胞培養(yǎng)制造技術(shù)新進(jìn)展！

干細(xì)胞培養(yǎng)制造技術(shù)新進(jìn)展！
 
干細(xì)胞是一種能夠長期存活，且具有不斷自我繁殖能力和多向化潛能，幾乎存在于所有組織中的原始細(xì)胞。近年來隨著科學(xué)家們研究的深入，干細(xì)胞在血液系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、自身免疫系統(tǒng)疾病以及內(nèi)分泌疾病等各種疾病的治療上讓人們看到了希望。
干細(xì)胞技術(shù)是當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究最前沿也是最熱門的方向之一，近年來發(fā)展迅猛，也取得了令人興奮的成果；同時科學(xué)家們在干細(xì)胞的培養(yǎng)制造上也取得了巨大的成就，近日刊登在Cell Stem Cell上的一項研究報告中，來自麻省總醫(yī)院的科學(xué)家就開發(fā)出了一種新程序，該程序或許會徹底改變成人干細(xì)胞的培養(yǎng)程序。
本文中，小編就對干細(xì)胞制造培養(yǎng)的新技術(shù)或進(jìn)展進(jìn)行了盤點，與大家一起分享。
【1】SCTM：首次開發(fā)出生產(chǎn)成體干細(xì)胞的方法
doi：10.5966/sctm.2011-0022
澳大利亞昆士蘭大學(xué)科學(xué)家在世界上首次開發(fā)出生產(chǎn)成體干細(xì)胞的方法，這一研究成果將深刻影響著患有一系列嚴(yán)重性疾病的病人。
這項研究是包括昆士蘭大學(xué)澳大利亞生物工程和納米技術(shù)研究所在內(nèi)的多家研究機(jī)構(gòu)合作開展的，由昆士蘭大學(xué)臨床研究中心教授Nicholas Fisk領(lǐng)導(dǎo)。
間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells， MSCs)能夠被用來修復(fù)骨骼和潛在性地修復(fù)其他器官。這項研究揭示一種生產(chǎn)間充質(zhì)干細(xì)胞的新方法。
Fisk教授說，“我們使用一種小分子SB431542---一種轉(zhuǎn)化生長因子β (transforming growth factor-β， TGF-β)途徑抑制劑---誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞10天(就可產(chǎn)生間充質(zhì)干細(xì)胞)，產(chǎn)生速度要比文獻(xiàn)中報道的其他研究快得多。這種技術(shù)也可適用于較少引起爭議的誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cell， iPSC)。”
【2】Biofabrication：三維打印人胚胎干細(xì)胞取得重大突破
DOI：10.1088/1758-5082/5/1/015013
在一項新的研究中，來自蘇格蘭的一個研究小組首次使用一種新的三維打印技術(shù)來排布人胚胎干細(xì)胞(human embryonic stem cells， hESCs).相關(guān)研究結(jié)果于2013年2月5日發(fā)表在Biofabrication期刊上，論文標(biāo)題為"Development of a valve-based cell printer for the formation of human embryonic stem cell spheroid aggregates".這一突破有望允許人們利用hESCs構(gòu)建三維組織和結(jié)構(gòu)，從而加快和改善藥物測試過程.
在生物制造領(lǐng)域，通過結(jié)合人工固體結(jié)構(gòu)和細(xì)胞來制造三維組織和器官在最近幾年取得巨大進(jìn)展.然而，在大多數(shù)之前的研究中，動物細(xì)胞被用來測試不同的打印方法以便制造這些結(jié)構(gòu).
論文共同作者、蘇格蘭赫瑞瓦特大學(xué)研究員Will Wenmiao Shu博士后說，"據(jù)我們所知，這是第一次打印hESCs.利用hESCs制造三維結(jié)構(gòu)將允許我們構(gòu)建出更準(zhǔn)確的人組織模型，而這些人組織模型是在體外進(jìn)行藥物開發(fā)和毒性測試所必需的.因為大多數(shù)藥物開發(fā)都是針對人類疾病，所以使用人組織是有道理的."
長期而言，這種新的打印方法可能為整入hESCs到人工構(gòu)建的器官和組織奠定基礎(chǔ)，其中這些人工器官和組織準(zhǔn)備被移植到患有不同疾病的病人體內(nèi)。
【3】Biofabrication：手持式3D“打印筆”可高效打印出人類干細(xì)胞
doi：10.1088/1758-5090/8/1/015019
近日，刊登于國際雜志Biofabrication上的一項研究報告中，來自澳大利亞的研究人員通過研究，利用一種手持式的3D打印筆在自由模式下成功繪制出了具有較高生存率的人類干細(xì)胞。研究者開發(fā)的這種新型設(shè)備可以幫助外科醫(yī)生在手術(shù)期間進(jìn)行個性化的軟骨移植。
研究者指出，利用水凝膠式的“生物墨水”來攜帶并且支持人類干細(xì)胞生長，并且利用較低的光源來凝固“生物墨水”這種打印筆運(yùn)輸?shù)母杉?xì)胞的存活率就會超過97%。而這種新型的3D打印筆同時也為組織工程學(xué)研究帶來極大幫助，比如其可以逐層打印出細(xì)胞，用來構(gòu)建可供移植的人工組織。
但在某些情況下，比如進(jìn)行軟骨修復(fù)的過程中，植入物的精確幾何學(xué)特性或許就不能夠被精確應(yīng)用于外科手術(shù)中，這就使得進(jìn)行人工軟骨組織移植物的前準(zhǔn)備工作變得復(fù)雜而且困難；新型打印筆的作用就好像外科醫(yī)生的手一樣，可以將定做好的支架或移植物準(zhǔn)確填入患者機(jī)體缺失的部位。研究者Choong教授說道，這種新型設(shè)備的開發(fā)是科學(xué)家和臨床醫(yī)生共同努力的成果，對于改善研究以及患者的治療將帶來空前的改變。
【4】Nature Materials：將細(xì)胞“擠壓”成為干細(xì)胞
DOI：10.1038/nmat4536
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）科學(xué)家們最近開發(fā)出一種新的方法，幫助細(xì)胞變成可用的干細(xì)胞。這種方法涉及使用凝膠來"擠壓"細(xì)胞，為大規(guī)模生產(chǎn)醫(yī)學(xué)用途的干細(xì)胞鋪平了道路。
干細(xì)胞目前處于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的前沿。它們能夠轉(zhuǎn)化為不同器官的細(xì)胞，有望為治療一系列損傷和疾病提供新的方法。但以標(biāo)準(zhǔn)化的方式生產(chǎn)正確類型的干細(xì)胞仍然是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。EPEL科學(xué)家們開發(fā)出一種凝膠，通過三維"擠壓"細(xì)胞成型，提升細(xì)胞重編程為干細(xì)胞的能力。這項研究2016年1月11日在線發(fā)表于《Nature Materials》期刊，新技術(shù)還可以輕松地擴(kuò)大干細(xì)胞生產(chǎn)，工業(yè)規(guī)模地進(jìn)行各種應(yīng)用。
干細(xì)胞有不同的類型，其中特別吸引醫(yī)學(xué)興趣的是"誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）"。這些干細(xì)胞源于基因重編程的成熟、成人細(xì)胞，表現(xiàn)為干細(xì)胞樣。iPSCs可以再生為一系列不同的細(xì)胞類型，比如肝、胰、肺、皮膚等細(xì)胞。
【5】Cell Stem Cell：開發(fā)出在體外長期培養(yǎng)成體干細(xì)胞的方法
doi：10.1016/j.stem.2016.05.012
在一項新的研究中，來自美國麻省總醫(yī)院（MGH）等機(jī)構(gòu)的研究人員開發(fā)出的一種新方法可能引發(fā)成體干細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域變革。研究人員描述了獲得來自在日常治療肺部疾病期間收集的各種組織樣品中的氣道干細(xì)胞（airway stem cell），并對它們進(jìn)行增殖。這種方法似乎也可用于幾種其他的組織，如皮膚、胃腸道內(nèi)壁和生殖道。相關(guān)研究結(jié)果于2016年6月16日在線發(fā)表在Cell Stem Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Dual SMAD Signaling Inhibition Enables Long-Term Expansion of Diverse Epithelial Basal Cells”。
“這種新方法為研究哮喘或慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease， COPD）等任何一種氣道疾病開辟了新途徑”，論文通信作者、MGH再生醫(yī)學(xué)中心科學(xué)家、哈佛醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)副教授Jayaraj Rajagopal博士說，“盡管我們在過去僅能夠允許成體干細(xì)胞增殖幾代，但是如今我們能夠在多家實驗室持續(xù)幾年培養(yǎng)出足夠多的成體干細(xì)胞用于實驗。我們的方法也是非常簡單的，避免了之前培養(yǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得很多實驗室更容易采用它。”
【6】Nat Commun：三種干細(xì)胞制造技術(shù)被證安全
doi：10.1038/ncomms10536
在一項新的研究中，來自美國斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute， TSRI）和克雷格文特爾研究所（J. Craig Venter Institute， JCVI）等多家機(jī)構(gòu)的研究人員證實制造臨床使用的多能干細(xì)胞的方法不可能將致癌基因突變傳遞給患者。相關(guān)研究結(jié)果于2016年2月19日發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標(biāo)題為“Whole-genome mutational burden analysis of three pluripotency induction methods”。這項研究是評估快速發(fā)展中的干細(xì)胞療法對病人安全性的重要一步。
這項新的研究著重關(guān)注在病人體內(nèi)使用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSCs）的安全性。因為iPSCs能夠分化成體內(nèi)任何一種類型的細(xì)胞，它們有潛力修復(fù)因擦傷或諸如帕金森病和多發(fā)性硬化癥之類的疾病帶來的損傷。
與JCVI 人類生物學(xué)部門主任Nicholas J. Schork 教授一起領(lǐng)導(dǎo)這項新研究的TSRI發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)教授Jeanne Loring說，“我們想知道對細(xì)胞進(jìn)行重編程是否讓它們?nèi)菀装l(fā)生突變。答案是‘不’。”
【7】Nature：救命！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生長造血干細(xì)胞的新方法
DOI：10.1038/nature17665
麥克馬斯特大學(xué)干細(xì)胞和癌癥研究所（McMaster University's Stem Cell and Cancer Research Institute）研究人員在理解人類血液系統(tǒng)干細(xì)胞方面取得了重大進(jìn)步，他們發(fā)現(xiàn)了一種關(guān)鍵蛋白質(zhì)如何允許這些細(xì)胞更好的控制和再生。
這項研究最新發(fā)表于《Nature》期刊，闡明了一種被稱為Musashi-2的蛋白質(zhì)如何調(diào)節(jié)重要造血干細(xì)胞的功能和發(fā)育。
研究發(fā)現(xiàn)提供能夠被用于控制這些干細(xì)胞生長的新策略。這些細(xì)胞可用于治療一系列致命疾病，但通常非常短缺。
該研究資深作者Kristin Hope是干細(xì)胞和癌癥研究所首席研究員、麥克馬斯特大學(xué)生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系助理教授。其他合作者還包括來自加州大學(xué)圣迭戈分校、多倫多大學(xué)和蒙特利爾大學(xué)的研究人員。
Hope表示，這一發(fā)現(xiàn)可能對成千上萬遭受一系列血液疾病侵襲的患者產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，包括白血病、淋巴瘤、再生障礙性貧血、鐮狀細(xì)胞病等。
【8】PNAS：科學(xué)家研發(fā)出首個成體誘導(dǎo)性專能干細(xì)胞
4月4日，來自于新南威爾士大學(xué)（UNSW）的研究團(tuán)隊在頂級期刊PNAS上發(fā)表一篇文章，首次開發(fā)出一個革命性干細(xì)胞修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)能夠成功將脂肪和骨骼細(xì)胞重新誘導(dǎo)成專能干細(xì)胞，并有望應(yīng)用于包括脊柱損傷、骨折在內(nèi)的人體損傷治療中。
這一技術(shù)類似于蠑螈肢體再生，其最突出的成就在于，將成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變成誘導(dǎo)性專能干細(xì)胞（iMS cells），而且iMS細(xì)胞具備自我更新、分化成多種類型的細(xì)胞的功能。這種iMS細(xì)胞能夠治療因為疾病、衰老或者外傷引發(fā)的人體損傷，將革新再生醫(yī)學(xué)治療機(jī)體損傷的現(xiàn)狀。
首個誘導(dǎo)性專能成體干細(xì)胞（iMS）：能夠自我更新修復(fù)、分化成多類型細(xì)胞。
根據(jù)所處發(fā)育階段，干細(xì)胞可分為胚胎干細(xì)胞（ES cells，具有分化成完整個體的能力）和成體干細(xì)胞（somaticstem cells）兩種。而成體干細(xì)胞具有分化成特定細(xì)胞的功能，并不能夠分化成多種細(xì)胞類型。而PNAS發(fā)表的這一最新技術(shù)的突破性在于，誘導(dǎo)性專能干細(xì)胞能夠分化成多類型的細(xì)胞。
【9】PNAS：成體脂肪細(xì)胞能夠分化形成多能性干細(xì)胞，或可用于組織損傷修復(fù)
新聞閱讀：New stem cell treatment using fat cells could repair any tissue in the body
澳大利亞科學(xué)家們首次通過將成體骨骼或者脂肪細(xì)胞進(jìn)行重編程，獲得能夠分化成任何組織的干細(xì)胞，從而修復(fù)機(jī)體的受損組織器官。
這些研究者們根據(jù)"蜥蜴能夠再生四肢"這一現(xiàn)象獲得靈感，開發(fā)出能夠?qū)⒊审w細(xì)胞回歸干細(xì)胞狀態(tài)的技術(shù)并且獲得分裂與多向分化的潛能--即多能性干細(xì)胞。這意味著這部分細(xì)胞能夠修復(fù)機(jī)體的任何部位的損傷：包括脊髓、關(guān)節(jié)以及肌肉退化等等。該研究的意義在于，此前從未有成功將成體干細(xì)胞分化成多種類型的組織的報道。
"這一技術(shù)在干細(xì)胞治療領(lǐng)域?qū)儆诟锩�性的進(jìn)步，此前從未有證據(jù)證明成體干細(xì)胞能夠直接分化形成組織"。來自新南威爾士州大學(xué)的首席研究員John Pimanda說道。"我們目前正在研究成體的脂肪細(xì)胞能夠通過重編程技術(shù)成為誘導(dǎo)型多能性干細(xì)胞，進(jìn)而修復(fù)小鼠的組織損傷。預(yù)計2017年能夠進(jìn)入臨床試驗"。
【10】Nature：重大突破！首次制造出人單倍體胚胎干細(xì)胞！
doi：10.1038/nature17408
在一項新的研究中，來自以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)、美國哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和紐約干細(xì)胞基金會研究所的研究人員成功地產(chǎn)生一種新類型的胚胎干細(xì)胞，它只攜帶單拷貝人類基因組，而不是通常在正常干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的兩個拷貝人類基因組。相關(guān)研究結(jié)果于2016年3月16日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Derivation and differentiation of haploid human embryonic stem cells”。
這項研究中描述的這種單倍體胚胎干細(xì)胞是首個已知的能夠通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生攜帶親本細(xì)胞基因組單拷貝的人子細(xì)胞。
人類細(xì)胞被認(rèn)為是雙倍體的，這是因為它們遺傳兩套染色體，總共46條染色體，其中23條來自母親，23條來自父親。唯一的例外就是生殖細(xì)胞（卵子和精子），它們是單倍體細(xì)胞，含有一套染色體，即23條染色體。這些單倍體細(xì)胞不能通過分裂產(chǎn)生更多的卵子和精子。
之前利用人卵細(xì)胞產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞的努力可導(dǎo)致雙倍體干細(xì)胞產(chǎn)生。在這項研究中，研究人員促進(jìn)未受精的人卵細(xì)胞發(fā)生分裂。他們?nèi)缓罄�用一種熒光染料標(biāo)記DNA，分離出這些單倍體胚胎干細(xì)胞，其中它們散落在更多的二倍體細(xì)胞中間。
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