從皮膚或血細(xì)胞中制造干細(xì)胞來替代動物模型中死亡的光感受器
發(fā)布時(shí)間：
2022-01-12
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研究人員發(fā)現(xiàn)了一種直接將皮膚細(xì)胞重新編程成用于視覺的光敏桿狀感光器的技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室制造的桿狀體使失明的老鼠能夠在細(xì)胞移植到眼睛后探測到光線。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在4月15日的Nature雜志上。
到目前為止，研究人員已經(jīng)通過從皮膚或血細(xì)胞中制造干細(xì)胞來替代動物模型中死亡的光感受器，研究人員先將這些干細(xì)胞編程成光感受器，然后將其移植到眼睛的后部。在這項(xiàng)新的研究中，科學(xué)家們表示，有可能跳過干細(xì)胞這個(gè)中間步驟，直接將皮膚細(xì)胞重新編程為感光細(xì)胞，以便移植到視網(wǎng)膜上。
"這是第一項(xiàng)表明直接化學(xué)變成可以產(chǎn)生視網(wǎng)膜樣細(xì)胞的研究，這給了我們一個(gè)治療年齡相關(guān)性黃斑變性等視網(wǎng)膜疾病引起的光感受器喪失的更快的新策略。"NEI神經(jīng)生物學(xué)、神經(jīng)退化和修復(fù)實(shí)驗(yàn)室資深研究員Anand Swaroop博士說道，該實(shí)驗(yàn)室主要對重組桿狀感光細(xì)胞的基因表達(dá)特征分析。"最直接的好處是能夠快速建立疾病模型，這樣我們就可以研究疾病的機(jī)制。新策略還將幫助我們設(shè)計(jì)更好的細(xì)胞替代方法。"
在過去的十年里，科學(xué)家們對誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是在實(shí)驗(yàn)室里從成人細(xì)胞而不是胎兒組織中培育出來的干細(xì)胞，可以用來制造幾乎任何類型的替代細(xì)胞或組織。但是，ips細(xì)胞重編程過程可能需要6個(gè)月的時(shí)間才能使細(xì)胞或組織為移植做好準(zhǔn)備。相比之下，本研究中描述的直接重編程僅在10天內(nèi)就將皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)成可移植的功能性感光細(xì)胞。研究人員用老鼠和人類的皮膚細(xì)胞在老鼠的眼睛上演示了他們的技術(shù)。
該研究的首席研究員、CIRC醫(yī)療公司和視網(wǎng)膜創(chuàng)新中心的首席執(zhí)行官兼總裁、醫(yī)學(xué)博士Sai Chavala說："我們的技術(shù)直接從皮膚細(xì)胞進(jìn)入感光細(xì)胞，而不需要中間的干細(xì)胞。" Chavala也是德克薩斯州KE眼科中心的視網(wǎng)膜服務(wù)部門主任，同時(shí)也是德克薩斯基督教大學(xué)和北德克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心醫(yī)學(xué)院(UNTHSC)的外科教授。
直接重編程的過程包括將皮膚細(xì)胞浸泡在五種小分子化合物的混合物中，這五種化合物一起通過化學(xué)方式介導(dǎo)與桿狀光感受器細(xì)胞命運(yùn)相關(guān)的分子通路，產(chǎn)生的桿狀光感受器在外觀和功能上可以模仿天然桿狀物。
研究人員進(jìn)行了基因表達(dá)譜分析，結(jié)果表明新細(xì)胞表達(dá)的基因與真桿狀光感受器表達(dá)的基因相似。與此同時(shí)，與皮膚細(xì)胞功能相關(guān)的基因被下調(diào)。
研究人員將這些細(xì)胞移植到患有視網(wǎng)膜退化的小鼠體內(nèi)，然后測試它們的瞳孔反射，這是一種測量移植后光感受器功能的方法。在弱光條件下，瞳孔的收縮取決于視桿感受器的功能。在移植后的一個(gè)月內(nèi)，14只(43%)動物中有6只在低光照條件下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的瞳孔收縮，而未接受治療的對照組則沒有一只有反應(yīng)。
此外，與沒有瞳孔反應(yīng)和未進(jìn)行對照的小鼠相比，有瞳孔收縮的小鼠明顯更有可能尋找黑暗空間并逗留。對黑暗空間的偏好是一種需要視覺的行為，反映了老鼠尋找安全、黑暗的地方的自然傾向。
這項(xiàng)研究的第一作者、UNTHSC的研究科學(xué)家Biraj Mahato博士說："即使是患有嚴(yán)重的視網(wǎng)膜退化，存活的光感受器很少的老鼠，對移植也有反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)表明，所觀察到的改善是由于實(shí)驗(yàn)室制造的光感受器，而不是支持宿主現(xiàn)有的健康光感受器的輔助作用。"
移植后3個(gè)月，免疫熒光研究證實(shí)了實(shí)驗(yàn)室制造的光感細(xì)胞的存活，以及它們與視網(wǎng)膜內(nèi)神經(jīng)元的突觸連接。進(jìn)一步的研究需要優(yōu)化方案，以增加功能性移植光感細(xì)胞的數(shù)量。
重要的是，研究人員弄清了這種直接的重新編程是如何在細(xì)胞水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)的。這些發(fā)現(xiàn)將幫助研究人員不僅將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于視網(wǎng)膜，而且應(yīng)用于許多其他類型的細(xì)胞。如果這種直接轉(zhuǎn)化的效率可以提高，這可能會大大減少開發(fā)潛在的細(xì)胞治療產(chǎn)品或疾病模型所需的時(shí)間。
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