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Nature人物:玩“乐高”,搭建组织的科学家

2015.10.14

  组织结构严密,它是三维的、自组装的、动态的,在其中的细胞能运动、分裂、死亡、交换化学物质,将电信号和机械信号从一个细胞传递到另外一个细胞,所有的这些都需要保持组织平衡,在组织中识别细胞身份可以通过细胞间交流。

  来自加州大学旧金山分校的Zev Gartner渴望能重塑正常组织发育过程中的动态变化,他研发出了一种称为DNA编程细胞组装(DNA-programmed assembly of cells ,DPAC)的新技术,利用这种技术,研究人员能像搭乐高积木一样,将DNA作为基础“积木”,通过预先设计,量身定做的异构空间构型构建复杂组织。

  人体器官包含了多种类型的细胞。例如乳腺组织,它由血管细胞、脂肪细胞、纤维细胞、白细胞等组成。为了正确排列这些类型的细胞,研究人员首先合成DNA片段、单链DNA分子,并将它们嵌合至细胞膜上,让每个细胞都有悬空的DNA链。

  这些DNA片段的作用类似于魔术贴,当用互补DNA链培育的两个细胞接触时,它们会迅速紧紧固定在一起。如果DNA序列不匹配,细胞就漂浮在上面。可以用几组不同的DNA条形码一起培育细胞,以准备多个合适的合作伙伴。

  具体来说,研究人员制备了乳腺上皮细胞阵列,用于分析添加一个或多个低水平表达癌基因RasG12V的细胞会如何影响其周围的细胞,结果发现当在低水平表达RasG12V的细胞制备而成的类器官中,正常细胞生长的更快,但需要一个以上的突变细胞来启动这个异常生长。他们还发现,将低表达RasG12V的细胞放置在一管标准细胞的底部,可让突变细胞分支和生长,从而将正常细胞拉在背后,就像生长的树枝的尖芽。

  不过这种技术也存在局限性,Gartner表示,目前实验室能研发出几厘米厚度的组织。虽然由成千上百的细胞,甚至上百万细胞构成,但是仅仅只有50-100微米厚,相比之下,人类头发平均约100微米厚。

  来自斯坦福大学的Carolyn Bertozzi称Gartner是一个创造性的天才。他的想法初听起来好像是科幻小说,但他却能赋予它们生命,她说。他的这一研究项目首创性的进行组装,令这些细胞构建方块好像活了一样。“如果我将他称为分子Frankenstein科学博士,他就会高兴的笑,认为这是夸奖他。”

  Gartner在完成哈佛大学博士学位学习,并在Bertozzi实验室作为博士后工作了一段时间后,进入了加州大学伯克利分校。然后他又加入加州大学旧金山分校,因为他热爱旧金山,这里Gartner可以尽情冲浪。

  当不是在实验室或冲浪的时候,Gartner还喜欢与他的妻子一道烹饪,“我周末有空闲时间,就喜欢待在我的花园里。”

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