知名學者丁勝Science,Cell Stem Cell發表細胞重編程重大突破

【字體: 時間:2016年04月29日 來源:生物通

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  來自Gladstone研究所的科學家們取得重大的突破,通過采用一些化學物質的組合將皮膚細胞轉化成為了心臟細胞和腦細胞。由于以往所有的細胞重編程研究都要求往細胞中添加外源基因,因此這一成果是一個前所未有的壯舉。這項研究為某一天能夠用藥物再生出喪失或受損的細胞奠定了基礎。

  

生物通報道  來自Gladstone研究所的科學家們取得重大的突破,通過采用一些化學物質的組合將皮膚細胞轉化成為了心臟細胞和腦細胞。由于以往所有的細胞重編程研究都要求往細胞中添加外源基因,因此這一成果是一個前所未有的壯舉。這項研究為某一天能夠用藥物再生出喪失或受損的細胞奠定了基礎。

在發布于《科學》(Science)和《細胞干細胞》(Cell Stem Cell)雜志上的兩項研究中,由Gladstone研究所資深研究人員丁勝(Sheng Ding)博士領導的一個科學家小組,采用化學雞尾酒逐步誘導皮膚細胞改變成為了器官特異性干細胞樣細胞,并最終轉化成為心臟或腦細胞。這一研究發現為重編程細胞及避免遺傳操作有關的醫學擔憂提供了一個更有效和可靠的方法。

兩項研究的資深作者丁勝說:“這種方法讓我們朝著能夠在患者的損傷部位生成新細胞又近了一步。我們希望有一天能夠采用一些藥物,幫助心臟和大腦利用自身現有的組織細胞再生出受損區域,來治療心力衰竭或帕金森病。這一過程更加接近長期以來讓我們著迷的,在蠑螈和火蜥蜴一類動物體內發生的自然再生?!?/P>

化學方法修復的心臟

成體心臟再生新細胞的能力非常有限,因此科學家們一直在尋找一種方法以替代心臟病發作后喪失的細胞,例如將成體心臟細胞或干細胞移植到受損心臟中。然而,這些努力很大程度上是無效的,因為大多數移植成體細胞都無法存活或正確地整合到心臟中,只有很少的細胞能夠誘導成為心臟細胞。Gladstone研究所心血管和干細胞研究主任Deepak Srivastava開創了一種替代方法:利用一些基因將動物心臟中的瘢痕形成細胞轉變為新的心肌,來改善心臟功能。采用一種化學重編程方法做到這一點,或許提供了一種更簡單的方法來供給信號誘導心肌局部再生。

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在Science研究中,研究人員采用了由9種化學物質構成的雞尾酒來改變人類皮膚細胞成為跳動的心臟細胞。通過反復實驗,他們發現最好的化學物質組合,一開始改變皮膚細胞進入了一種多能干細胞樣狀態,隨后在特定器官中它們可以轉變為許多不同類型的細胞。第二種化學物質和生長因子雞尾酒幫助將這些細胞轉變成為了心肌細胞。

采用這種方法,97%以上的細胞開始跳動——這是充分發育、健康心臟細胞的一個特征。這些細胞還能夠正確地響應激素,在分子構成上它們與心肌細胞(而非皮膚細胞)相似。并且,當將這些細胞在這一過程的早期移植到小鼠心臟中去時,它們在小鼠心臟中發育成為了看上去健康的心肌細胞。

Science論文的共同資深作者Srivastava說:“心力衰竭的最終治療目標是采用一種強大、可靠的方法為心臟生成新心肌細胞。重編程患者自身的細胞有可能為再生瀕死或病變心肌提供了一種最安全、最有效的方法?!?/P>

用神經干細胞復原大腦

在第二項Cell Stem Cell研究中,科學家們采用一種相似的方法利用小鼠皮膚細胞構建出了神經干細胞。

這一化學雞尾酒還是由9個分子構成,其中一些與第一項研究中采用的分子有重疊。在10多天里,這一雞尾酒改變了細胞的身份,所有皮膚細胞被關閉,神經干細胞基因被逐漸開啟。當移植到小鼠體內時,這些神經干細胞自發地發育成為了三種基本類型的腦細胞:神經元、少突膠質細胞和星形膠質細胞。這些神經干細胞還能夠自我復制,使得它們非常適合于治療神經退行性疾病或腦損傷。

共同資深作者、Gladstone研究所資深研究員Yadong Huang博士說:“隨著它們安全性的提高,這些神經干細胞可能有一天能用于帕金森病或阿爾茨海默病一類神經退行性疾病的細胞替代治療。在未來,我們甚至可以想象采用一種藥物雞尾酒對大腦或脊髓起作用,在大腦中實時復原細胞來治療患者?!?/P>

丁勝博士早年畢業于北京大學,在合成化學、干細胞生物學以及藥物研發技術方面具有很強的科研實力和獨特見解,創造性地開拓了“干細胞化學生物學”這一前沿性新領域。2009 年被權威雜志 The Scientist評為“年度最佳創新技術”和 “生命科學年度人物”。 2016年清華大學宣布成立藥學院,丁勝博士出任為首任院長(清華大學成立藥學院 丁勝出任首任院長)。

2016年3月,丁勝博士領導Gladstone研究所的科學家們找到了一種方法來構建介于胚胎干細胞和成體心臟細胞之間的一種新型細胞,這有可能掌握了治療心臟病的一把鑰匙。這些誘導可擴增心血管祖細胞(ieCPCs)可以有組織地發育為心臟細胞,且仍然保留了增殖能力。當注入到心臟病發作后的小鼠體內時,這些細胞顯著地改善了心臟功能。這項研究工作發布在Cell Stem Cell雜志上(知名學者丁勝Cell Stem Cell重大突破:構建新型細胞

2016年1月,他與加州大學舊金山分校糖尿病中心主任Matthias Hebrok一起,成功將人體皮膚細胞轉化為功能健全的胰腺細胞。新的細胞可產生胰島素響應葡萄糖水平的變化,并且,在移植到疾病小鼠模型體內之后,這些細胞可?;ざ錈庥諢忌咸悄蠆?。這項研究成果發表在Nature Communications上(知名學者丁勝:細胞重編程技術重要進展 )。

(生物通:何嬙)

作者簡介:

丁勝

世界著名的生物學機構美國斯克里普斯研究所化學系博士,目前在Gladstone研究所任資深研究員,是一位年輕有為、非常具有潛力和實力的科學家。多次作為專家擔任美國多個重大基金或項目的評審。丁勝博士具有合成化學、干細胞生物學及藥物研發技術多元的專業背景,并創造性地開拓了“干細胞化學生物學”這一前沿性新領域。
       
丁博士在該學科的成就使得權威雜志The Scientist在2009年度盤點中,兩度垂青這個青年科學家:丁勝博士所創的蛋白誘導ips技術被評為“年度最佳創新技術”,與此同時,丁勝博士也被The Scientist評選為“生命科學年度人物”。

生物通推薦原文索引:

 "Conversion of human fibroblasts into functional cardiomyocytes by small molecules," by N. Cao; Y. Huang; C.I. Spencer; Y. Zhang; B. Nie; M. Xie; M. Zhang; H. Wang; T. Ma; T. Xu; G. Shi; D. Srivastava; S. Ding at Gladstone Institute of Cardiovascular Disease in San Francisco, CA; N. Cao; J. Zheng; Y. Zhang; B. Nie; M. Xie; M. Zhang; H. Wang; T. Ma; T. Xu; G. Shi; D. Srivastava; S. Ding at University of California, San Francisco in San Francisco, CA; J.-D. Fu at Case Western Reserve University in Cleveland, OH.

Pharmacological Reprogramming of Fibroblasts into Neural Stem Cells by Signaling-Directed Transcriptional Activation.Cell Stem Cell.DOI: //dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.03.020

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