美國研究人員發(fā)現(xiàn)，利用軟凝膠基質(zhì)代替硬培養(yǎng)皿來培養(yǎng)小鼠胚胎干細(xì)胞，無需添加昂貴的生長(zhǎng)因子，便可讓干細(xì)胞培養(yǎng)物長(zhǎng)時(shí)間維持同質(zhì)的多能狀態(tài)。研究人員表示，這一技術(shù)在未來的再生醫(yī)學(xué)中有著巨大的應(yīng)用前景。相關(guān)論文發(fā)表在《公共科學(xué)圖書館·綜合》雜志上。
干細(xì)胞研究面臨的主要障礙就是如何讓小鼠胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)物保持一種均一的多能狀態(tài)。多能干細(xì)胞可自發(fā)地分化成皮膚或者肌肉等不同的組織類型，長(zhǎng)期以來，科學(xué)家都是利用一種被稱作生長(zhǎng)因子的化學(xué)物質(zhì)來維持干細(xì)胞的多能態(tài)不變，但即便如此，培養(yǎng)出來的干細(xì)胞還是會(huì)很快進(jìn)入各自的分化階段，呈現(xiàn)出不同的基因表達(dá)和形態(tài)，這種多樣性分化使得干細(xì)胞培養(yǎng)物很難被誘導(dǎo)生成所需的特定組織。
該研究負(fù)責(zé)人之一、伊利諾伊大學(xué)基因組生物學(xué)研究所動(dòng)物科學(xué)教授田中哲也表示，可以從培養(yǎng)一群同質(zhì)的未分化細(xì)胞入手，誘使其分化成特定的細(xì)胞類型以實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。
研究小組發(fā)現(xiàn)，多能小鼠胚胎干細(xì)胞喜歡“抱團(tuán)”黏附在一起，而處于群體邊緣、與堅(jiān)硬的培養(yǎng)皿接觸的細(xì)胞分化速度相對(duì)較快，于是他們決定對(duì)小鼠胚胎干細(xì)胞進(jìn)行機(jī)械學(xué)研究而非化學(xué)研究。由于干細(xì)胞比成熟細(xì)胞要柔軟10倍，研究人員猜測(cè)是否是培養(yǎng)皿和細(xì)胞之間的機(jī)械力刺激了細(xì)胞分化，并通過前期研究證實(shí)，即使很小的機(jī)械力也可誘導(dǎo)細(xì)胞分化。
接下來，研究小組將小鼠胚胎干細(xì)胞分成3組進(jìn)行平行試驗(yàn)：*組用加入了生長(zhǎng)因子的常規(guī)培養(yǎng)基培養(yǎng)；第二組采用與這些細(xì)胞同樣硬度的軟凝膠基質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)，并加入生長(zhǎng)因子；第三組同樣用軟凝膠基質(zhì)培養(yǎng)，但沒有加入生長(zhǎng)因子。結(jié)果顯示，即使缺乏生長(zhǎng)因子，利用軟凝膠基質(zhì)培養(yǎng)的干細(xì)胞在3個(gè)多月傳代20次后仍能表現(xiàn)出更明顯的同質(zhì)性和多能性。
研究合作者、伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)和工程系教授王寧（音譯）說，這體現(xiàn)了事物的兩面性：機(jī)械力能夠誘導(dǎo)分化，但如果降低培養(yǎng)基和干細(xì)胞之間的機(jī)械力，就可以將干細(xì)胞保持在多能狀態(tài)。這項(xiàng)研究證實(shí)了在干細(xì)胞分化過程中力學(xué)環(huán)境的重要性不亞于化學(xué)生長(zhǎng)因子。在活的有機(jī)體中，細(xì)胞只在短期內(nèi)分泌生長(zhǎng)因子，而機(jī)械力則始終在影響每個(gè)細(xì)胞。
研究小組下一步打算利用這種新技術(shù)來培養(yǎng)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS），雖然iPS細(xì)胞醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景廣闊，但也是出了名的難以培養(yǎng)。田中哲也說：“我們可以試著在同樣的軟基質(zhì)上培養(yǎng)小鼠iPS細(xì)胞，看看是否也能獲得同質(zhì)的干細(xì)胞培養(yǎng)物。如果情況的確如此，其產(chǎn)生的影響無疑將是巨大的。”
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