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诱导干细胞捷径—酸浴


日本研究者报告了创建具有胚胎能力、可转化为哺乳动物体内几乎所有细胞类型的细胞——即今日盛名远扬的诱导多功能干细胞(iPS细胞)的技术方法。在本周出版的《Nature》杂志中,另一支日本团队提出了出奇简单的新方法:将细胞暴露于包括低pH溶液在内的应激环境;并且,依此法培养的干细胞可塑性更强、培养时间更短、培养效率更高。
日本神户理化研究所发展生物学中心干细胞研究者笹井芳树(Yoshiki Sasai)说:“太令人惊讶了。我从未想到过外部压力会有这种效应。”这一方法的开发整整花去了Haruko Obokata(也是该中心的一位年轻干细胞生物学家)五年时间,期间她说服了笹井芳树与其他人,使之相信该法有效。她说:“大家都说这是手工制作,有些日子真的很辛苦。”
Obokata介绍,她之所以想到细胞处于应激环境可以使其多功能化,是在培养细胞时注意到了一部分细胞挤过毛细管就会缩成干细胞大小的形状。于是她决定试着施加包括加热、饥饿与高钙环境在内的不同类型的应激条件。三种应激源——在细胞膜上打孔的细菌毒素、低pH暴露与物理挤压,均可使细胞显示多功能性标记。
不过,要想获得多功能的称号,这些细胞还必须显示有转化为所有细胞类型的能力——这可以通过将荧光标记的细胞注入小鼠胚胎来显示。如果导入的细胞是多功能的话,那么这些发光细胞就会出现于发育后的小鼠体内的每一种组织。这一测试比较棘手,需改变策略方可。在日本山梨大学小鼠克隆先驱若山照彦(Teruhiko Wakayama)帮助下出生的几百只小鼠只有微弱的荧光。若山照彦开始时认为该计划很可能“大费周章劳而无功”,但随后提示施加应激条件的对象应是来自新生鼠而非成年鼠的已充分分化的细胞。这招奏效了,生出了绿色荧光充分的小鼠胚胎。
不过,Obokata的整个想法仍显激进;她认为发光的小鼠已足够赢得认可——但这一希望实际上过于乐观。据她介绍,论文接二连三被拒。
要想说服持怀疑态度的人,Obokata就必须证明这些多功能细胞就是转化的成熟细胞而非预先存在的多功能细胞。于是她向T细胞施加应激,使之转化为多功能细胞。T细胞是白细胞的一种,其成熟与否可从发育期间其基因所进行的调整情况进行确定。她也拍下了T细胞转化为多功能细胞的过程视频。Obokata将该转化现象称为STAP(stimulus-triggeredacquisition of pluripotency – 刺激触发的全能性获得)。
这些结果可能让旷日持久的争论更加炽烈。多年来,许多科学团队已报告了在哺乳动物体内发现多功能细胞,如明尼苏达州立大学明尼阿波里斯市分校分子生物学家CatherineVerfaillie所描述的多潜能前体祖细胞。但是,其它团队在重现其实验结果方面存在困难。Obokata目前实施的这一计划始于组织工程师Charles Vacanti的麻省剑桥哈佛大学实验室,她对Vacanti团队所认为的体内分离出的多能细胞有不同解释:这些多能细胞是通过物理应激产生(并非体内本有而分离出)。Vacanti是最近这批论文的共同作者之一,他说:“这些细胞的产生本质上是大自然响应伤害的一种方式。”
最令人惊奇的发现之一是这些STAP细胞也能形成胎盘组织,而iPS细胞与胚胎干细胞均无法做到这一点。若山照彦称,STAP细胞的这一特点使得克隆更加方便。目前克隆需要提取未孕卵,然后将捐体细胞核移入卵内进行胚胎试管培养,最后将胚胎移入代孕体。如果STAP细胞能够自建胎盘,就可以直接移入代孕者体内。但若山照彦行事谨慎,称这一想法目前仍在“梦想阶段。”
Obokata已经重新编码了一打细胞类型,包括来自大脑、皮肤、肺与肝,提示这一方法即使不能适用于所有细胞类型,也可能适用于绝大多数的细胞类型。她说,平均有25%的细胞在应激条件下存活下来,而其中的30%则转化为多能细胞——较之 iPS细胞所拥有的1%的转化率(而且需要数周时间才能转化为多功能),该比例之高可谓鹤立鸡群。她现在想用这些结果来检验体内重新编码与干细胞活动发生关联的具体过程,她也在尝试让该方法对来自成年小鼠与人类的细胞产生作用。

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