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日本研制出新型万能细胞“STAP细胞”
发布时间:2014-2-9 15:14:30 点击数:818

据日本媒体1月30日报道,日本理化学研究所的一个研究小组宣布,运用将皮肤等的体细胞在弱酸性溶液中浸泡30分钟左右的方法,成功地研制出了新型万能细胞,这种万能细胞可以生成人体的各种组织。

理化学研究所科研团队骨干、小保方晴子领导的该研究小组将出生不久的实验鼠的淋巴球在弱酸性溶液中浸泡30分钟左右后,进行了培植,获得了持久拥有可以演变为各种细胞能力的遗传基因被激活这一可喜结果。此后,研究人员将这一细胞放入实验鼠体内,并确认到该细胞演变为皮肤和肌肉等各种细胞。

研究小组将这个细胞命名为“STAP细胞”,分别取自“刺激触发采集功能”的英文单词的第一个字母。

一直以来,“万能细胞”以iPS细胞为代表,它是通过向皮肤等细胞中导入遗传基因而制成的。此次新诞生的万能细胞通过外部刺激这一更加简单的方法就能短时间的生成,因此,受到各方关注。

研究小组负责人小保方晴子说:“与iPS细胞等技术不同,这项创新技术的亮点是,仅仅通过改变外部环境,给予细胞刺激,就能使细胞发生变化。我认为,这项技术应该能在再生医疗和免疫研究等领域作出贡献。”该研究小组决定,将继续开展研究,以便查明这项新技术能否也应用于人体细胞。

新华网东京1月30日电(记者蓝建中)日美研究人员在30日出版的英国《自然》杂志上报告说,他们成功培育出了能分化为多种细胞的“万能细胞”。与拥有同样能力的诱导多功能干细胞(iPS细胞)和胚胎干细胞相比,新细胞的制作方法更为简单安全,有望用于再生医疗领域。

这种“万能细胞”是将体细胞放入弱酸性溶液中,通过施加刺激后制成的。由于是从外界刺激获得的多种分化能力,研究小组将这种细胞命名为STAP细胞,意思是触发刺激获得的多能性细胞。此前科学界认为动物细胞无法单纯靠外界刺激转变成多能性细胞,但上述新细胞颠覆了这种看法。

日本理化学研究所、山梨大学和美国哈佛大学的研究人员从出生1周的实验鼠脾脏内采集出淋巴细胞,然后加入弱酸性的稀盐酸溶液中浸泡约30分钟。这种溶液的酸度与橙汁大体相同,温度为接近体温的37摄氏度。在继续培养2至7天后,其中7%至9%的细胞发育成了STAP细胞。

科研人员通过实验室研究和动物实验发现,这种细胞可以发育为神经细胞、肌肉细胞和肠道上皮细胞,甚至还具有诱导多功能干细胞和胚胎干细胞所不具备的转变为胎盘的能力。此后,研究人员还依据上述新方法,利用皮肤、肺和心肌的细胞成功制作出了STAP细胞。

诱导多功能干细胞需要植入基因且需花费数周时间才能制作完成,成功率也很低,移植后还有癌变风险。与之相比,STAP细胞的制作周期很短,成功率较高,在机体内发生癌变的可能性相对较低。

研究人员指出,某些细胞受到刺激、发生应激反应后会陷入濒死状态,STAP细胞就是在这种状态下形成的。今后他们还将继续研究这种细胞的形成机制,尝试利用人和其他动物的细胞制作这种“万能”细胞。

从肌肉收缩到神经传导,哺乳动物的细胞特化使个体得以行使各种不同的功能。正如专注于某一特定工作的行家很少转行,从一个已分化的细胞类型向另一类型转变的过程也是非常罕见的。然而最近,日本理化学研究所发育生物学实验室的小保方晴子(Obokata  Haruko)和同事发现,将从新生小鼠身上分离的细胞暴露在弱酸性的环境中,能够使细胞恢复到未分化状态,并使其具备分化成任何细胞类型的潜能。小保方晴子团队的两项研究成果都发表在《自然》上。

之前的研究表明,细胞类型的转换能够利用“细胞重编程”实现——通过在特定条件下引入某些转录因子,研究者可以改变细胞的特化程度。2006年,日本的山中伸弥团队通过调控4种转录因子获得了诱导性多能干细胞(iPSCs)。山中伸弥因此获颁2012年诺贝尔生理学奖,全球的干细胞研究也开始步入新的时代。2013年,加州大学旧金山分校的丁盛团队发现了化学诱导多能干细胞(CiPSCs)。而现在,小保方晴子和同事向世人宣布,纯物理刺激也许已足以实现细胞类型的转变。

小保方晴子和同事通过荧光蛋白监测细胞的多能性,如果目标细胞展现出与多能性相关的基因表达,他们就可以检测到绿色荧光。研究者对不同环境压迫条件下的白细胞进行了检测,发现短期暴露在低pH溶液中的白细胞,有部分激活了多能性标记。研究者将这些细胞收集起来,发现它们具备早期胚胎的基因标记——他们将这种现象称之为“刺激触发的多能性获得”(STAP)。

研究者将STAP细胞注射入小鼠胚胎,结果获得了嵌合体小鼠——小鼠的细胞既有由胚胎分化出来的部分,也有从STAP分化出来的部分——嵌合体反映出STAP具有细胞多能性,而这原本被认为是胚胎干细胞和iPSCs所特有的性质。与上述两种干细胞不同,STAP细胞几乎不具备自我更新能力,只能存活几天。不过,当把STAP细胞转移到用于培养多能干细胞的培养基中后,研究者观察到了STAP细胞的增殖,并发现细胞呈现出胚胎干细胞的结构特征与基因表达模式。研究者将以这种方式制备的能够自我更新的STAP细胞称为STAP干细胞。 STAP细胞除了形成胚胎之外,也能够形成滋养细胞,并进一步发育成胎盘——分化成胚外组织的潜能在胚胎干细胞和iPSC中都是很少见的。这意味着,STAP细胞所具有的发育潜能异常广阔。用培养滋养层干细胞的培养基培养STAP细胞,同样能使STAP细胞增殖,并引导它们向类似滋养层干细胞的方向分化。研究者指出,STAP细胞可能代表着胚外组织细胞系与胚胎细胞系分离前的细胞状态,也可能是具有向胚胎或胚外组织分化趋势的两类细胞的集合体,或者就是一种人为造就的不定向细胞类型。

尽管目前小保方晴子和同事们只成功使用新生小鼠的不同组织获得过STAP细胞,成体细胞乃至其他物种的细胞是否也能通过类似的方法制备STAP细胞还有待验证。但无论如何,纯物理刺激能够使已经分化的细胞恢复到多能状态这一现象的发现,对致力于以更简便方式制备病患特异性干细胞的研究者而言,无疑是一大振奋人心的喜讯。