离人造器官更近一步:活化石腔棘鱼提供了新的视角

离人造器官更近一步:活化石腔棘鱼提供了新的视角诺和诺德基金会干细胞医学中心(reNEW)的约书亚-马克-布里克曼教授已经发掘出一个主基因的进化起源,该基因作用于指导干细胞的基因网络。"干细胞研究的第一步是了解支持所谓多能干细胞的基因调节网络。"约书亚-马克-布里克曼(JoshuaMarkBrickman)说:"了解它们的功能如何在进化中得到完善,可以帮助提供关于如何构建更好的干细胞的知识。"多能干细胞是可以发育成所有其他细胞的干细胞。例如,心脏细胞。如果我们了解多能干细胞如何发育成心脏,那么我们就离在实验室中复制这一过程更近了一步。干细胞的多能特性--意味着细胞可以发展成任何其他细胞--是传统上与哺乳动物有关的概念。现在,约书亚-马克-布里克曼和他的同事已经发现,控制干细胞和支持多能性的主基因也存在于一种叫做腔棘鱼的鱼类中。在人类和小鼠中,这个基因被称为OCT4,他们发现,在小鼠干细胞中,腔棘鱼的版本可以取代哺乳动物的版本。腔棘鱼除了与哺乳动物属于不同的类别外,还被称为"活化石",因为它在大约4亿年前发展成今天的形态,然后就没有改变过,它的鳍的形状像四肢,因此被认为类似于第一批从海里移到陆地上的动物。"可以这么说,通过研究它的细胞,你可以追溯到进化过程中,"助理教授莫莉-洛迪斯解释说。助理教授WoranopSukparangsi继续说道。"控制干细胞基因网络的核心因素在腔棘鱼中发现。这表明该网络在进化的早期已经存在,可能早在4亿年前就已经存在。"而通过研究其他物种的网络,例如这种鱼,研究人员可以提炼出支持干细胞的基本概念是什么。"在进化过程中向后移动的好处是,生物体变得更简单。例如,它们的一些基本基因只有一个副本,而不是许多版本。这样一来,你就可以开始分离出对干细胞真正重要的东西,并利用它来改善你在培养皿中的干细胞生长方式。"除了研究人员发现干细胞周围的网络比以前认为的要古老得多,并在古老的物种中发现外,他们还了解到进化究竟是如何修改基因网络以支持多能干细胞的。研究人员观察了40多种动物的干细胞基因。例如鲨鱼、小鼠和袋鼠。选择这些动物是为了提供进化中主要分支点的良好样本。研究人员使用人工智能建立不同OCT4蛋白的三维模型。研究人员可以看到,该蛋白质的一般结构在整个进化过程中得到了保持。虽然这些蛋白质中已知的对干细胞很重要的区域没有变化,但这些蛋白质中明显不相关的区域的物种特异性差异改变了它们的方向,可能会影响它支持多能性的程度。这是一个关于进化的非常令人兴奋的发现,在新技术出现之前是不可能的。"约书亚-马克-布里克曼说:"你可以把它看作是进化的巧妙思考,我们不修补'汽车中的发动机',但我们可以移动发动机,改进传动系统,看看它是否使汽车走得更快。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340545.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1340545.htm

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一个生物学奇迹:哈佛大学研究人员发现成年多能干细胞的胚胎起源

一个生物学奇迹:哈佛大学研究人员发现成年多能干细胞的胚胎起源尽管这些成体多能干细胞(aPSCs)存在于各种动物物种中,如海绵、水螅、平面扁虫、阿库尔蠕虫和一些海鞘,但它们如何产生的机制在任何物种中仍然是未知的。在发表在《细胞》杂志上的一项新研究中,哈佛大学有机和进化生物学系的研究人员已经确定了无尾熊虫(Hofsteniamiamia)形成APSCs的细胞机制和分子轨迹。图片显示胚胎的单个细胞是如何为这项研究专门和系统地转化为红色的。资料来源:JulianKimuraH.miamia,也被称为三带豹形虫,是一个可以使用被称为"新细胞"的APSCs完全再生的物种。将H.miamia切成碎片,每一块都会长出一个新的身体,包括从嘴巴到大脑的一切。高级作者MansiSrivastava教授多年前在野外收集了H.miamia,因为它具有再生能力。一旦回到实验室,H.miamia开始产生许多个体,可以很容易地进行研究。在Srivastava和合著者博士后研究员LorenzoRicci之前的一项研究中开发了一个H.miamia的转基因协议。转基因是一个将通常不属于生物体基因组的东西引入该基因组的过程。这种方法使主要作者JulianO.Kimura(22岁的博士)能够继续他的问题,即这些干细胞是如何产生的。研究人员发现,在能够再生的动物中,一个共同的特点是在成年体内存在多能干细胞,这些细胞负责在动物受伤时重新制造缺失的身体部位。通过了解像H.miamia这样的动物如何制造这些干细胞,可以更好地了解是什么让某些动物具有再生能力。一对细胞在16细胞阶段的胚胎转化为红色。随着时间的推移,细胞分裂出更多的细胞,进入胚胎内部,并形成孵化后的蠕虫的干细胞。资料来源:JulianKimura成年动物中的这些干细胞群有一些统一的特征,如表达一种叫做Piwi的基因。但到目前为止,还没有人能够弄清楚这些干细胞首先是如何产生的。"它们大多是在成年动物的背景下被研究的,"Srivastava说,"在一些物种中,我们知道一点它们可能是如何工作的,但我们不知道它们是如何制造的。"研究人员知道蠕虫幼体含有APSCs,因此推断它们一定是在胚胎发育过程中产生的。Ricci使用转基因技术创造了一个品系,由于将蛋白质Kaede引入细胞,使胚胎细胞发出荧光绿光。Kaede是可光转化的,这意味着用非常特定波长的激光束照射绿色会将其转化为红色,然后可以用激光照射细胞,将胚胎的个别绿色细胞变成红色。利用转基因动物的光转换是我们在实验室里设计的一个非常新的转折,以弄清胚胎细胞的命运。应用这种方法,研究人员通过让胚胎生长和观察所发生的事情来进行血统追踪。8细胞阶段的胚胎的一个单细胞转化为红色。随着时间的推移,该细胞分裂出更多的细胞,这些细胞最终构成了孵化出的虫子的大部分皮肤。资料来源:JulianKimuraKimura跟踪了胚胎的发展,因为它从一个细胞分裂到多个细胞。这些细胞的早期分裂以定型裂解为标志,这意味着胚胎到胚胎的细胞以完全相同的模式分裂,这样就可以对细胞进行一致的命名和研究。这提出了一种可能性,即也许每一个细胞都有一个独特的目的。例如,在八细胞阶段,有可能顶部、左角的细胞制造某种组织,而底部、右边的细胞则制造另一种组织。为了确定每个细胞的功能,木村系统地对早期胚胎的每个细胞进行了光电转换,在八细胞阶段创建了一个完整的命运图。然后,当蠕虫成长为仍然带有红色标签的成年时,他跟踪了这些细胞。在许多胚胎中反复跟踪每个细胞的过程使木村有可能追踪每个细胞的工作位置。在16个细胞阶段的胚胎中,他发现了一对非常特殊的细胞,这些细胞产生了看起来是新细胞的细胞。虽然这一发现很令人兴奋,但仍有一种可能性,即新细胞来自早期胚胎的多个来源,而不仅仅是在16个细胞阶段发现的两对。发现在外观上类似于新细胞的细胞并不能确定它们真的是新细胞,需要证明它们的行为也像新细胞。为了确定这一点,Kimura将这组特殊的细胞(在H.miamia中称为3a/3b)进行试验。为了成为新细胞,这些细胞必须满足干细胞的所有已知特性。这些细胞的后代在再生过程中是否在制造新组织?研究人员的新发现确认了这一事实,只有这些细胞的后代在再生期间制造新组织。另一个决定性的属性是干细胞的基因表达水平,它们必须有数百个基因表达。为了确定3a/3b是否符合这一特性,Kimura将3a/3b发红光的后代和所有其他细胞发绿光的后代,用一台分拣机将红绿细胞分开。然后他应用单细胞测序技术来询问,哪些基因在红细胞和绿细胞中被表达。该数据证实,在分子水平上,只有3a/3b细胞的后代与干细胞匹配,而不是任何其他细胞的后代。因此,研究人员可以明确确认,在他们的系统中找到了干细胞群的细胞来源。但是,重要的是,知道了干细胞的细胞来源后,就有办法在细胞成熟时捕捉它们,并确定哪些基因参与了制造它们。木村在单细胞水平上生成了一个巨大的胚胎发育数据集,详细说明了从发育开始到结束,哪些基因在胚胎的所有细胞中被表达。他允许转换后的3a/3b细胞进一步发展,但不是一直发展到孵化阶段。然后他使用分选技术捕获这些细胞。通过这样做,木村可以清楚地定义哪些基因在制造干细胞的细胞系中被特别表达。研究人员计划继续深入挖掘这些基因在Hofsteniamiamia的干细胞中是如何工作的机制,这将有助于告诉人们自然界是如何进化出一种制造和维持多能干细胞的方式。了解APSCs的分子调节器将使研究人员能够跨物种比较这些机制,揭示多能干细胞是如何在动物间进化的。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339849.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1339849.htm

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干细胞揭示了PTSD患者的神经元是如何对压力做出反应的

干细胞揭示了PTSD患者的神经元是如何对压力做出反应的该研究于10月20日发表在《NatureNeuroscienc》上,是首个使用诱导多能干细胞模型来研究创伤后应激障碍的研究。PTSD可在严重创伤后发展,对退伍军人和平民来说都是一个巨大的公共健康问题。根据美退伍军人事务部下属的国家创伤后应激障碍中心的数据,每100个美国人中约有6人在其生命中的某个阶段会有创伤后应激障碍。在美国,约有1200万成年人在某一年中患有PTSD。然而,遗传和环境因素对个人临床结果的贡献程度仍是未知的。为了填补这一信息空白,研究小组研究了从Bronx的JamesJPeters退伍军人事务医疗中心招募的39名患有和不患有PTSD的战斗退伍军人的群组。退伍军人进行了皮肤活检,他们的皮肤细胞被重新编程为诱导多能干细胞。伊坎西奈山精神病学和神经科学教授、JamesJPeters退伍军人事务医疗中心心理健康主任、论文资深作者RichaelYehuda博士说道:“将细胞重编程为诱导多能干细胞,就像把细胞带回它们还是胚胎的时候,并且有能力生成身体的所有细胞。然后这些细胞可以分化成跟该人的脑细胞在发生创伤前具有相同属性的神经元,从而来改变其功能方式。来自这些神经元的基因表达网络反映了由遗传和非常早期的发育贡献导致的早期基因活动,因此它们是‘战斗前’或‘创伤前’基因表达状态的反映。”研究人员KristenBrennand博士表示:“两个人可以经历同样的创伤,但他们不一定都会发展成创伤后应激障碍。在患有和不患有PTSD的人的脑细胞中进行这种类型的建模有助于解释遗传学如何使某人更容易受到创伤后应激障碍的影响。”据悉,Brennand是这项研究的共同领导者。为了模仿引发PTSD的压力反应,科学家们将诱导多能干细胞衍生的神经元暴露在压力激素氢化可的松中,这是人体自身皮质醇的合成版本,被用作“战斗或逃跑”反应的一部分。Yehuda博士表示:“向这些细胞添加应激激素模拟了战斗的生物效应,这使我们能够确定不同的基因网络是如何对脑细胞中的应激暴露做出反应的。”通过利用基因表达分析和成像,科学家们发现患有PTSD的人的神经元对这种药理学触发器过度敏感。另外,科学家们还能确定在暴露于压力荷尔蒙后反应不同的特定基因网络。受PTSD影响的人的细胞内部迄今为止,大多数关于PTSD的类似研究都使用了病人的血液样本。然而由于创伤后应激障碍扎根于大脑,科学家们需要一种方法来捕捉易受该障碍影响的个人的神经元如何受到压力的影响。因此,该团队选择使用干细胞,因为它们具有独特的条件,可以提供一个针对病人的、非侵入性的大脑窗口。Brennand博士说道:“你不能轻易地伸手到一个活人的大脑中拉出细胞,所以干细胞是我们检查神经元在病人身上如何表现的最好方法。”NYSCF科学家使用他们的可扩展、自动化、机器人系统--NYSCF全球干细胞阵列--创建干细胞,然后从PTSD患者身上提取谷氨酸神经元。谷氨酸神经元帮助大脑发送兴奋性信号,以前曾跟PTSD存有关联。“由于这是第一个使用干细胞模型研究PTSD的研究,所以研究大量的个体是很重要的,”共同领导这项研究的DanielPaull博士说道,“在这项研究的规模上,自动化是至关重要的。通过阵列,我们可以制作标准化的细胞,从而在众多个体之间进行有意义的比较,以指出可能对发现新疗法至关重要的关键差异。”利用受压PTSD细胞的特征进行新治疗研究小组的基因表达分析揭示了一组基因,这些基因在接触应激激素后在易受PTSD的神经元中特别活跃。“重要的是,我们在神经元中发现的基因特征在患有PTSD的死者的大脑样本中也很明显,这告诉我们,干细胞模型正在提供一个相当准确的反映在世病人大脑中发生的情况,”Paull博士说道。此外,PTSD和非PTSD细胞对压力的反应的区别,这可以为预测哪些人患PTSD的风险较高提供信息。Paull博士继续说道:“我们的发现真正令人兴奋的是它们为加速诊断和治疗创伤后应激障碍提供了机会。重要的是,拥有一个强大的干细胞模型,为‘菜’中的药物筛选提供了一个理想的途径,甚至跨越不同的病人群体。”“我们正在努力寻找已经被批准的药物,可以扭转我们在神经元中看到的超敏性,”Brennad博士补充道,“这样一来,我们发现的任何药物都将有最快的途径来帮助病人。”研究人员计划继续利用他们的诱导多能干细胞模型进一步研究这项研究指出的遗传风险因素,另外还将研究创伤后应激障碍如何影响其他类型的脑细胞从而帮助扩大治疗发现的机会。一项由团队科学促成的研究Brennad博士说道:“这项研究的特别之处在于,它只能由这个小组完成。它涉及到这个领域中一些最好的临床医生、令人难以置信的干细胞生物学家和令人惊叹的精神病学遗传学家。每个小组都有独特的专业知识,这些都不可能由任何一个小组单独完成。”“这项研究是团队科学力量的真正证明,”Paull博士补充道,“当研究人员联合起来时,我们能够提出更大的问题,做出更大的发现,并希望能够为患者带来更大的改变。”NYSCF临时CEODerrickRossi博士说道:“作为与世界级科学家合作的这一里程碑式研究的一部分,NYSCF从PTSD患者身上生成了有史以来第一个诱导多能干细胞模型,我们感到非常自豪。这项合作工作强调了干细胞模型在研究和揭开挑战性疾病方面的独特价值,以及发现可能导致急需治疗的创新策略。”...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331363.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1331363.htm

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生命的第一步:“点击重启” 启动新胚胎

生命的第一步:“点击重启”启动新胚胎科学家们发现,名为OBOX1-8的基因能激活胚胎自身的基因程序,从而发现了受精卵细胞如何"重置",使新胚胎得以发育。在小鼠身上观察到的这一突破有助于理解胚胎基因组激活的过程,并可能对胚胎干细胞重编程产生影响。"为了让胚胎发育,卵母细胞/卵子必须失去自己的身份,并通过制造新的东西来实现这一目标,"舒尔茨说。"我们现在知道了这种转变是如何发生的第一步"。为了实现重置或唤醒过程,胚胎需要开始将DNA中的基因转录为信使RNA,然后再翻译成蛋白质。第一批转录的基因将激活其他基因,执行程序,使胚胎发育成完整的小鼠(或人类)。直到现在,人们还不知道这些首批主调控基因的身份,这让研究人员困惑了很久。RNA聚合酶II(PolII)是将DNA转录为RNA的酶。但PolII本身是一种哑酶,舒尔茨说,这一过程需要其他基因(称为转录因子)来指导PolII,使其在正确的时间转录"正确的"基因。本世纪初,舒尔茨敏锐地发现,在卵细胞中休眠的母体信使核糖核酸(maternalmessengerRNAs)中就有这些首批转录因子。休眠的母体信使RNA是卵细胞特有的,因为新合成的信使RNA不会像体细胞那样被翻译。当卵母细胞成熟成为卵子时,这些休眠的母体信使RNA会被翻译成蛋白质,然后执行其功能。舒尔茨意识到,启动子代基因组激活的信息将来自母体的休眠信使核糖核酸,它将编码一个主转录因子。OBOX1-8被确定为候选因子舒尔茨的实验室与宾夕法尼亚大学的保拉-斯坦因(PaulaStein,舒尔茨实验室的资深成员,现就职于美国国家环境健康科学研究所)合作,确定了一个名为OBOX的庞大基因家族可能是候选基因。该家族由8个基因(OBOX1-8)组成。根据它们在早期发育过程中的表达谱,OBOX1、2、3、4、5和7可能是候选基因。他们开始与北京清华大学的谢伟合作,缩小候选范围。谢伟的团队利用实验室小鼠,敲除了所有可能的候选基因,然后系统地恢复了OBOX基因,确定了哪些基因对子代基因组的激活至关重要。如果没有这些基因,胚胎发育就会在两到四细胞阶段停止。最有趣也是最出乎意料的是,这些OBOX基因的功能具有高度冗余性:敲除一个基因可以被另一个基因取代。舒尔茨说,这种冗余可能是由于过渡如此重要而进化出来的。此外,研究人员还发现,OBOX基因的功能是促进PolII定位到正确的基因,从而开始激活子代基因组。在小鼠体内,基因组激活发生在两细胞阶段。在人类胚胎中,基因组激活发生在胚胎经过几轮分裂形成八个细胞之后。一个悬而未决的问题是,这一过程在不同物种间有多大的一致性,即类似OBOX的基因是否参与了人类的基因组激活?这项工作还对了解胚胎干细胞如何重新编程,使其能够发育成身体的任何组织具有意义。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373549.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1373549.htm

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科学家用永生干细胞培育人造肉 未来可能实现无限量供应

科学家用永生干细胞培育人造肉未来可能实现无限量供应分化的永生化牛干细胞完全表达肌肉蛋白(蓝色=细胞核;品红色=肌原蛋白;绿色=肌球蛋白)。比例尺约1毫米。来源:塔夫茨大学AndrewStout《ACS合成生物学》杂志介绍了这一进展,这意味着全球的研究人员和公司可以获得和开发新产品,而不必反复从农场动物活组织中获取细胞。细胞培养肉的生产需要生长和分裂能力极强的肌肉和脂肪细胞。虽然细胞培殖肉已引起媒体关注,例如美国食品及药物管理局初步批准培殖鸡肉,甚至用乳齿象DNA培殖的汉堡,但这些产品仍然昂贵且难以扩大规模。从活体动物身上提取的正常肌肉干细胞通常只能分裂约50次,然后就开始"老化",不再具有活力。虽然理论上这些干细胞可以生产大量肉类,但TUCCA团队开发的永生化细胞具有几个优势。其一是可以生产更多的肉。另一个优势是,通过广泛提供永生化细胞,他们将降低其他研究人员探索细胞农业的准入门槛--找到降低成本和克服扩大生产挑战的方法。TUCCA的研究生、该项目的首席研究员安德鲁-斯托特(AndrewStout)说:"通常情况下,研究人员不得不自己从动物身上分离干细胞,这既昂贵又费力,或者使用相关性较低物种的模型细胞系,如小鼠肌肉细胞。"将普通牛肌肉干细胞转化为永生牛肌肉干细胞有两个关键步骤。大多数细胞在分裂和衰老过程中,染色体末端的DNA开始脱落,这些DNA被称为端粒。这可能导致DNA复制或修复时出现错误。它还会导致基因丢失,最终导致细胞死亡。研究人员设计的牛干细胞可以不断重建端粒,有效保持染色体"年轻",为新一轮复制和细胞分裂做好准备。使细胞永生的第二步是使它们持续产生一种蛋白质,刺激细胞分裂的关键阶段。这有效地加速了细胞分裂过程,帮助细胞更快生长。肌肉干细胞不是人们想吃的最终产品。它们不仅要分裂和生长,还要分化成成熟的肌肉细胞,就像或至少非常类似于我们在牛排或鱼排中食用的肌肉细胞。斯托特和他的研究小组发现,新干细胞确实分化成成熟的肌肉细胞,尽管与动物肌肉细胞或来自传统牛干细胞的肌肉细胞并不完全相同。斯托特说:"它们有可能成熟到足以复制天然肉类的风味和质地。它们正在以非常快的速度翻倍,因此它们可能只需要多一点时间就能达到完全成熟。"塔夫茨大学斯特恩家族生物医学工程教授兼TUCCA主任DavidKaplan说:"虽然有些人可能会质疑摄入永生细胞是否安全,但事实上,当细胞被收获、储存、烹饪和消化后,就没有继续生长的可行途径了。就像我们今天吃的天然肉类一样,细胞只是变成了惰性物质,我们希望它味道鲜美并能提供多种营养。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370613.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1370613.htm

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关于濒临灭绝的“恐龙鱼”的新发现:“倒立”进食的秘密

关于濒临灭绝的“恐龙鱼”的新发现:“倒立”进食的秘密据CNET报道,腔棘鱼(Coelacanths,也被称为“恐龙鱼”),曾经被认为已经灭绝了,直到1938年有一个标本被网住。这些罕见的原始动物生活在水下洞穴中,使它们很难被研究。因此,一个科学家小组对几十年前保存的标本进行了创造性的研究。这条鱼--被称为“23号标本”--已经在哥本哈根动物学博物馆的酒精中保存了60年。哥本哈根大学和奥胡斯大学的研究人员把这个标本取出,通过CT和MRI扫描仪来了解更多关于海洋生物的工作原理。该团队在《BMC生物学》杂志上发表了一份关于该鱼的研究报告。哥本哈根大学在周二的一份声明中说:“由于许多其他腔棘鱼的标本已经被解剖,它的解剖结构已经不是秘密。但对该鱼的生理学--它的功能方式--知之甚少。”这项研究有助于解释这种鱼不寻常的“倒立”进食策略,即它沿着海床漂流,头朝下,捕捉猎物。研究人员绘制了该鱼的骨骼和脂肪图。“我们发现腔棘鱼有一个特殊的骨架,头部和尾部有大量的骨骼,而几乎没有脊椎骨。这是很独特的。”共同作者、奥胡斯大学的生物学家HenrikLauridsen说:“最重的部分在鱼的两端,这使得鱼很容易用它的头来‘站立’。”腔棘鱼在这个星球上有很长的历史。这种鱼的化石证据可以追溯到4.1亿多年前。世界自然保护联盟(IUCN)的红色名录,即受威胁物种目录,将西印度洋腔棘鱼(Latimeriachalumnae)列为极度濒危物种,离在野外灭绝只有一步之遥。了解更多关于这种鱼的信息可能有助于保护它的计划。捕捉稀有动物进行研究可能会给该物种带来更大的压力。这就是为什么对保存的腔棘鱼的研究很重要的一个原因。这是一个已经存在的资源,同样的技术可以用在其他标本上。研究人员希望了解更多关于腔棘鱼神秘的繁殖周期。这种鱼在产下活体幼鱼之前会保持五年的怀孕期,但没有人很清楚它们在哪里产下幼鱼。Lauridsen说:“通过分析幼鱼的骨骼和脂肪的分布,我们也许可以找出鱼苗适应生活的深度。这些知识对于保护这种极度濒危的物种也很重要--因为当我们不知道它们在哪里时,我们就无法知道在哪里保护它们。”...PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307981.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1307981.htm

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科学家宣称已经克服了人类心脏再生的"最大障碍"

科学家宣称已经克服了人类心脏再生的"最大障碍"Marchiano是4月6日星期四发表在《细胞干细胞》(CellStemCell)杂志上的一篇论文的主要作者,描述了这些发现。这项工作是与西雅图的Sana生物技术公司合作完成的。在早期的研究中,穆里的团队采用了源自干细胞的心肌细胞来修补心肌梗塞造成的心脏组织损伤。这种形式的心脏病发作发生在心肌的血液供应受阻时,导致心脏细胞的死亡。由于心脏细胞不能再生,受损的组织被疤痕组织所取代。这损害了心脏的强度,阻碍了其血液泵送功能。广泛的伤害会最终导致心脏衰竭,甚至死亡。为了创造他们的治疗性心脏细胞,西雅图研究人员使用了多能干细胞。与成人干细胞不同的是,多能干细胞专门成为特定的细胞类型,而多能干细胞可以成为身体中任何类型的细胞。西雅图华盛顿大学干细胞和再生医学研究所(UWMedicineInstituteforStemCellandRegenerativeMedicineResearch)的博士后SilviaMarchiano和研究科学家HansReinecke在ChuckMurry实验室查看心脏干细胞。从2012年到2018年,西雅图团队成功地将多能干细胞注射到受损的心壁中,以创造新的肌肉来替代梗塞期间失去的肌肉。动物研究表明,移植的细胞会与心肌融合,与其他心脏细胞同步跳动,并改善心脏的收缩能力。这些发现表明,干细胞疗法有可能被用来拯救受损的心脏。但有一个主要的并发症。在移植的最初几周,心脏往往以危险的高速度跳动。除非能找到一种方法来防止或抑制这个问题,否则干细胞不可能成为心肌梗塞和心力衰竭的安全治疗方法。Murry说:"我们的目标是创造出工作的收缩细胞,使其不会试图设定自己的节奏。"在成熟的心脏中,心率是由称为起搏细胞的专门细胞调节的。这些细胞以固定的时间间隔产生电信号,诱导其他心脏细胞进行收缩。在起搏细胞中,电压从负值(超极化)到正值(去极化)来回循环。穆里把它比作一个节拍器,正离子通过这些通道咻咻地进出细胞。这种复极化和去极化循环发生的速度决定了心率。然而,在早期的胚胎心脏中,这个系统还没有发展起来,其中相对较少的细胞已经成为专门的起搏细胞,而其他的则成为静止的收缩细胞。所有的细胞都是起搏细胞类型。穆里和他的同事怀疑,移植的干细胞的行为就像早期的胚胎细胞一样,混乱地产生信号,导致危险的心律。为了弄清是什么导致了这些细胞的这种行为,研究人员使用了一种名为RNA测序的技术,以找出在细胞成熟的不同时期,哪些离子通道正在生成。测序显示,一些类型的离子通道在发育初期出现,然后随着细胞的成熟而消失,而其他类型的离子通道则在发育后期出现。就像一个正在展开的谜团,这给了研究人员他们的嫌疑人名单。为了确定哪些离子通道是携带导致心律失常电流的罪魁祸首,科学家们使用基于CRISPR的基因组编辑,系统地敲除去极化基因或激活复极化基因。这被证明是令人惊讶的复杂。他们曾假设会有一个单一的离子通道导致心律失常,但没有一个单基因编辑能消除快速心律。然后,研究人员通过进行双基因和三基因编辑,进行了艰苦的"打组合拳"的过程。令人不安的是,这些编辑没有一个能消除心律失常,有些似乎还使其变得更糟。最后,科学家们创建了一个干细胞系,其中三个去极化基因被敲除,一个复极化基因被激活。这起到了一定的作用。这些干细胞产生的心肌细胞在电学上是静止的,就像成人的心肌一样,但当给予电信号时,它们就会收缩,模仿自然起搏器。研究人员将这些细胞称为"MEDUSA"(用于修改电生理DNA以了解和抑制心律失常)。MEDUSA心肌细胞在心脏中移植,成熟为成年细胞,在电学上融入心肌,并与自然起搏器同步跳动,所有这些都不会产生危险的心率。Murry说,这就是心脏再生的必要条件,但还需要对工程细胞进行更多的测试,他补充说:"我认为我们已经克服了人类心脏再生的最大障碍。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353923.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1353923.htm

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