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科学家将非搏动性人类细胞转变成为心肌细胞

2013.8.23


这是心肌细胞的一幅3维图像,该心肌细胞是通过一个叫做直接重新编程的过程从成纤维细胞转变而来的。直接重新编程使得一种类型的细胞能够在无需首先转变成一个干细胞的情况下转变成为另外一种类型的细胞。


Srivastava博士及其团队发现了可将人的成纤维细胞转变成为心肌细胞的基因组合。

  2013年8月22日——加州,旧金山 — 心肌梗塞之后,受到影响最大的区域内的细胞会停止运作。它们停止搏动。且它们被埋在疤痕组织之内。但现在,格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)的科学家们已经证明,这种损害并不一定是永久性的,因为研究人员发现了一种能将形成人类疤痕组织的一类细胞转变成为酷似会搏动的心脏细胞的方法。

  去年,这些科学家在活体小鼠中将形成疤痕的心脏细胞——它们是一类叫做“成纤维细胞”的细胞——转变成为会搏动的心肌细胞。在最近一期的《干细胞报告》中,格莱斯顿心血管实验室的研究人员及干细胞研究负责人Deepak Srivastava, MD.披露,他们在培养皿中对人类细胞做了同样的研究工作。

  Srivastava博士是加州大学旧金山分校的教授,而格莱斯顿研究所则附属于加州大学旧金山分校,Srivastava博士说:“大约50%的心脏细胞是成纤维细胞,因此它们代表了一个巨大的细胞群,这个细胞群在未来可被利用并重新编程以制造出新的心肌。我们在这个研究中的发现可证明一个概念,即人类成纤维细胞可被成功地重新编程进而成为会搏动的心脏细胞。”

  2012年,Srivastava博士与他的团队在《自然》杂志中报告说,通过给由于心肌梗塞而受到损害的活体小鼠的心脏注射3种统称为GMT的基因,成纤维细胞就可被重新编程进而成为会搏动的心脏细胞。他们推论同样的3种基因也会对人类细胞有相同的作用。但对来自3个来源——即胎儿心脏细胞、胚胎干细胞及新生儿皮肤细胞——的人类成纤维细胞所做的最初的实验显示,仅仅GMT的组合还不够。

  这项研究的主要作者Ji-dong Fu, PhD.是来自格莱斯顿研究所的一位科学家,他说:“当我们将GMT分别注射到这3种人类成纤维细胞中时,什么都没有发生——它们根本没有发生转变——因此我们只得回到最初的步骤来寻找可帮助启动该转变的其它基因。我们将搜寻范围缩小到只有16个可能的基因,我们接着对其与GMT一起进行了筛检,试图找到正确的组合。”

  该研究小组首先将所有的候选基因都注射到了人的成纤维细胞内。他们接着系统性地去除每一种基因以观察哪个基因是重新编程所必须的,哪些是不必要的。最终,该小组发现,注射一个5种基因的混合物——即3基因的GMT混合加上ESRRG基因和MESP1基因——便足以将这些成纤维细胞重新编程进而成为心脏样细胞。他们接着发现,在加入另外2个基因——叫做MYOCD和ZFPM2——时,该转变甚至变得更加彻底。为了达到预期的效果,该小组在重新编程的早期阶段启动了一个叫做TGF- ß 信号传导通路的化学反应,而这又进一步提高了重新编程的成功率。

  Fu博士说:“在我们的研究中,虽然几乎所有的细胞都至少展示出了某种部分性的转变,但能够传输电信号—— 这是会搏动的心脏细胞的一个关键性的特征——的细胞大约有20%。显然,还有一些尚待确定的障碍阻止了许多细胞进行更彻底的转变。举例而言,在活体心脏内而不是在培养皿中来转变这些成纤维细胞,其成功率可能被提高——这也是我们在最初的小鼠试验中所观察到的现象。”

  下一步立刻要采取的步骤是在诸如猪等较大的哺乳动物的心脏中测试该5个基因的混合物。最后,该研究小组希望研发出一个小型的药物样分子的组合来取代该混合物,从而提供一种更安全更方便的给药方法。

  Srivastava博士补充说:“美国有超过5百万名心肌梗塞的幸存者,这些人的心脏没有能力进行充分地搏动,我们的发现——加上我们的同事在最近发表的研究结果——正是在一个关键性的时刻得出的。我们现在已经为研发一种可逆转该损伤的方法——这在过去被认为是不可能做到的——并为将来改变医生治疗心肌梗塞的方法打下了一个坚实的基础。”

  在格莱斯顿研究所参与这项研究的其他科学家包括Nicole Stone、Lei Liu、Ian Spencer, PhD.、Li Qian, PhD.、Yohei Hayashi, PhD.、Paul Delgado-Olguin, PhD.、Sheng Ding, PhD.及 Benoit Bruneau, PhD.。这项研究得到了国立心、肺及血液研究所、加州再生医学研究所、Younger家族基金会、Roddenberry基金会、L. K. Whittier基金会、美国心脏协会、全国研究资源中心及国家科学基金会的支持。

  关于格莱斯顿研究所格莱斯顿研究所是一个致力于加快科学发现及创新步伐以预防、治疗及治愈心血管、病毒及神经系统疾病的独立且非营利的生物医学研究组织。格莱斯顿研究所附属于加州大学旧金山分校。

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