诱导脑神经干细胞治衰老病

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港大医学院生物医学学院的研究团队在干细胞研究取得突破进展,研发出可将血液和皮肤细胞转化为脑神经干细胞,克服当前干细胞诱导技术的局限性,相关研究已于《科学进展》和《核酸研究》发表。

港大学李嘉诚医学院生物医学学院的研究团队在干细胞研究取得突破性进展,为精准医疗的发展提供新的选择和工具。该团队研发出一种创新方法,可以将血液和皮肤细胞转化为脑神经干细胞,为研究和治疗衰老相关疾病如阿兹海默症、柏金逊症和肌萎缩性脊髓侧索硬化症(渐冻人症)开辟新的可能。

多能干细胞

人体由大约200种不同的细胞类型组成,每种细胞在维持整体健康方面都发挥着关键作用,但要获取某些细胞类型 —— 例如位于大脑深处的神经元作研究却十分困难。

传统上,生成诱导多能干细胞(iPS细胞)的方法是使用易于获取的细胞来源,如皮肤、血液和尿液。这些iPS细胞与早期胚胎中发现的多能干细胞的特征相似,可以分化成大脑、心脏、肝脏和肺细胞等不同细胞类型。然而,诱导iPS细胞既耗时又昂贵,并且由于iPS细胞与癌细胞有相似之处,因此常引起安全忧虑。此外,iPS细胞的产生过程会抹去原始细胞的衰老印记,因此不适用于研究衰老相关的疾病。为此,港大医学院生物医学学院副教授Ralf Jauch及其研究团队一直积极探索解决方案,冀突破干细胞研究领域的相关困难和挑战。

早期研究提出的诱导神经干细胞方法依赖人类基因组中存在的天然基因,如SOX2,过程缓慢且经常无效。研究团队重新设计的SOX17因子,可取代SOX2驱动神经干细胞的诱导。

SOX17与SOX2同为SOX家族,却在序列结构和功能上大相迳庭,通常在血液、肠道和肺细胞中发挥作用。团队通过突变将SOX17转变为「超级干细胞因子」。 SOX17的突变体具有更强的能力激活沉默基因,能够在细胞核内自行组装形成生物分子凝聚体,可以精确地在不同基因间导航,从而实现快速有效的细胞转化。 

有望治疗衰老相关疾病

研究人员成功将不同年龄小鼠的皮肤细胞转化为具有脑内细胞特征的脑神经干细胞,进一步改良诱导方法以应用于人类细胞,并成功将来自人类捐赠者的血细胞诱导为脑神经干细胞。这些脑神经干细胞可以进一步分化为与运动神经元疾病或痴呆症相关的特定细胞类型。团队识别出突变体SOX17的关键特征,并研发一种小型SOX变体,以便有效减少递送至目标细胞或器官所需的包装负载。这项发现证明,使用重新设计的SOX蛋白将皮肤和血细胞转化为神经干细胞的重要性。目前,该团队已就重新设计的SOX17申请非临时专利,以开发新一代干细胞模型。

传统的胚胎干细胞和iPS细胞往往无法完全保留衰老细胞的特征,限制了研究及解决与衰老相关疾病方面的应用。研究团队成功保留了小鼠干细胞的衰老特征,为研究与衰老相关疾病和探索潜在的治疗方法提供更可靠的系统。下一阶段,科研团队计划研究把老年人的血细胞产生脑神经细胞。

Ralf Jauch 教授领导的开创性研究在再生医学和精准医疗领域具有广阔的前景。Jauch教授表示:「从容易取得的来源生成神经干细胞的捷径可以提供一种更快、更具成本效益和更安全的方式来生成新一代干细胞,有助了解和治疗多种与衰老相关的疾病。这些研究成果将会是干细胞研究领域的一个重要里程碑。通过利用干细胞的潜力,我们可以开始推进个性化治疗策略,根据每个患者的独特需求制定合适的治疗方案。」3

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