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Nature Mater:瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们开发出一种新方法让细胞重编程变得简单

摘要 : 近日,在Nature子刊 Nature Materials上, 瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们开发出了一种新方法,通过“挤压”细胞可将它们转变为干细胞。这种方法为大规模生成医用干细胞铺平了道路。

近日,在Nature子刊 Nature Materials上, 瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们开发出了一种新方法,通过“挤压”细胞可将它们转变为干细胞。这种方法为大规模生成医用干细胞铺平了道路。

干细胞现在处于现代医学的前沿。它们可以转变为不同器官的细胞,为治疗从帕金森病到糖尿病等一系列的损伤和疾病提供了新途径。但以一种标准的方式生成正确的干细胞类型仍然是一个严峻的挑战。EPFL现在开发出了一种凝胶,通过简单地“挤压”正常细胞成形就可提高它们回复为干细胞的能力。

尽管存在许多不同类型的干细胞,“诱导多能干细胞”(iPSCs)尤其引发医学兴趣。这些细胞是采用遗传方法重编程成熟的成体细胞而生成,它们的行为与干细胞相似(这就是它们被称作为“诱导”细胞的原因)。然后,研究人员可以让iPSCs重新生长为大量不同的细胞类型,如肝脏、胰腺、肺脏、皮肤等。

尽管研究人员曾多次尝试设计出一种标准化的方法来生成这样的干细胞。但即便是最成功的方法也并不是很有效,尤其供大规模使用。一个主要的问题是,现有的技术是利用有盖培养皿或细胞培养瓶的二维环境,而体内细胞存在于三维世界中。

现在,EPFL的Matthias Lutolf实验室开发出了一种新方法或可帮助克服这些挑战。这种方法利用了一种三维细胞培养系统。将正常细胞放置在包含正常生长营养物质的一种凝胶内。Lutolf解释说:“我们试图模拟出活体组织的三维环境,看看它对干细胞的影响。但很快我们惊讶地看到,细胞重编程也受到周围环境的影响。”这一案例中的微环境是这种凝胶。

研究人员发现,只要调整周围凝胶的成分,由此改变硬度和密度,可比现有的方法更快速、更有效地重编程这些细胞。因此,凝胶对细胞施加了不同的压力,实质上是“挤压”了它们。

作为一种新现象,科学家们还未充分理解它。但他们认为,三维环境是这一过程的关键,其产生的机械信号与一些遗传因子共同发挥作用,使得细胞更易于转变成为干细胞。

Lutolf说:“每种细胞类型或许都有一个提供最有效转变的物理和化学因素‘最佳作用点’。一旦你找到它,更大规模地生成干细胞就只是个时间和资源的问题。”

这一研究发现对于数量的影响可能更大。这一技术可能适用于在工业规模上大量的细胞来生成干细胞。Lutolf的实验室正在对此展开研究调查,但他们的主要目标是更好地认识这一现象,并找到所有细胞类型的“最佳作用点”。

原文链接:Defined three-dimensional microenvironments boost induction of pluripotency

原文摘要:Since the discovery of induced pluripotent stem cells (iPSCs), numerous approaches have been explored to improve the original protocol, which is based on a two-dimensional (2D) cell-culture system. Surprisingly, nothing is known about the effect of a more biologically faithful 3D environment on somatic-cell reprogramming. Here, we report a systematic analysis of how reprogramming of somatic cells occurs within engineered 3D extracellular matrices. By modulating microenvironmental stiffness, degradability and biochemical composition, we have identified a previously unknown role for biophysical effectors in the promotion of iPSC generation. We find that the physical cell confinement imposed by the 3D microenvironment boosts reprogramming through an accelerated mesenchymal-to-epithelial transition and increased epigenetic remodelling. We conclude that 3D microenvironmental signals act synergistically with reprogramming transcription factors to increase somatic plasticity.

来源: Nature Materials 浏览次数:0

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