胚胎干细胞培养有新法 软凝胶基质代替硬培养皿

2010-12-22 10:52 来源: 科技日报
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  据美国每日科学网12月19日报道,美国研究人员发现,利用软凝胶基质代替硬培养皿来培养小鼠胚胎干细胞,无需添加昂贵的生长因子,便可让干细胞培养物长时间维持同质的多能状态。研究人员表示,这一技术在未来的再生医学中有着巨大的应用前景。相关论文发表在《公共科学图书馆・综合》杂志上。

  干细胞研究面临的主要障碍就是如何让小鼠胚胎干细胞培养物保持一种均一的多能状态。多能干细胞可自发地分化成皮肤或者肌肉等不同的组织类型,长期以来,科学家都是利用一种被称作生长因子的化学物质来维持干细胞的多能态不变,但即便如此,培养出来的干细胞还是会很快进入各自的分化阶段,呈现出不同的基因表达和形态,这种多样性分化使得干细胞培养物很难被诱导生成所需的特定组织。

  该研究负责人之一、伊利诺伊大学基因组生物学研究所动物科学教授田中哲也表示,可以从培养一群同质的未分化细胞入手,诱使其分化成特定的细胞类型以实现临床应用。

  研究小组发现,多能小鼠胚胎干细胞喜欢“抱团”黏附在一起,而处于群体边缘、与坚硬的培养皿接触的细胞分化速度相对较快,于是他们决定对小鼠胚胎干细胞进行机械学研究而非化学研究。由于干细胞比成熟细胞要柔软10倍,研究人员猜测是否是培养皿和细胞之间的机械力刺激了细胞分化,并通过前期研究证实,即使很小的机械力也可诱导细胞分化。

  接下来,研究小组将小鼠胚胎干细胞分成3组进行平行试验:第一组用加入了生长因子的常规培养基培养;第二组采用与这些细胞同样硬度的软凝胶基质进行培养,并加入生长因子;第三组同样用软凝胶基质培养,但没有加入生长因子。结果显示,即使缺乏生长因子,利用软凝胶基质培养的干细胞在3个多月传代20次后仍能表现出更明显的同质性和多能性。

  研究合作者、伊利诺伊大学机械科学和工程系教授王宁(音译)说,这体现了事物的两面性:机械力能够诱导分化,但如果降低培养基和干细胞之间的机械力,就可以将干细胞保持在多能状态。这项研究证实了在干细胞分化过程中力学环境的重要性不亚于化学生长因子。在活的有机体中,细胞只在短期内分泌生长因子,而机械力则始终在影响每个细胞。

  研究小组下一步打算利用这种新技术来培养诱导多能干细胞(iPS),虽然iPS细胞医学应用前景广阔,但也是出了名的难以培养。田中哲也说:“我们可以试着在同样的软基质上培养小鼠iPS细胞,看看是否也能获得同质的干细胞培养物。如果情况的确如此,其产生的影响无疑将是巨大的。”