专访汪宁 胚胎干细胞的研究新视点

　　

编者按：伊利诺大学的一名华人科学家领衔的胚胎干细胞研究文章被《Nature Materials》收录提前发表在在线版上，这一新颖的课题引发了著名的The Scientist杂志的报道，目前New Scientist杂志正准备采访汪宁教授，生物通作为中文媒体有幸采访到汪宁教授，各位读者可随着生物通记者了解更多这个课题的前因后果，发展趋势！

汪宁教授在实验室

 

《Nature Materials》大致内容介绍

胚胎干细胞有一个独特固有的性能-即细胞软性质(Cell softness)：很小的机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化，目前的研究还发现，机械力的改变会影响部分基因的表达情况。

 

了解更多文章的报道详情，请点击：汪宁Nature子刊 开创胚胎干细胞研究新课题

 

The Scientist报道汪宁教授文章时采访了相关领域的哈佛大学的细胞生物学家Donald Ingber（未参与该文章的研究工作），他表示，I think it is very exciting work，深入下去将让科学家们解开机械力影响胚胎干细胞发育分化的机制。

 

同时接受The Scientist采访的另一位相关领域专家，宾夕法尼亚大学Dennis Discher表示，It takes large steps forward toward [understanding] development as well as stem cell application，It will no doubt inspire a lot more work on various types of stem cells。

 

采访实录

生物通记者：机械力与胚胎干细胞发育的领域是您首创的吗？

 

汪宁教授：我认为，目前称之为领域可能为时过早。一个领域应该有许多其他实验室，科学家加入。但是我们的文章是首创用机械力刺激胚胎干细胞分化。

 

生物通记者：科学研究有时候也讲求灵感，您是如何想到要研究机械力对胚胎干细胞的分化影响状况的？

 

汪宁教授：很好的问题，好灵感不是经常有。这个发现(机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化)其实是个偶然。3年前我们开始了这项课题研究。当时，世界上其它一些相关的主要实验室 (包括美国的)，基本上都把研究重点放在如何使用化学刺激对胚胎干细胞的分化方面。 我决定把重点放在研究机械力刺激对胚胎干细胞的影响。经过我们多次的反复实验，我们发现了胚胎干细胞有一个独特固有的性能-即细胞软性质-这个性能决定了为什么很小的机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化。

 

生物通记者：目前世界上还有哪些实验室，科学家在从事这方面的研究？

 

汪宁教授：从事相关大领域方面研究的一些主要实验室，科学家如下：

Prof. Donald Ingber of Harvard University

Prof. Dennis Discher of University of Pennsylvania

Prof. Adam Engler of University of California at San Diego

Prof. Paul Janmey of University of Pennsylvania

Dr. Emmanuel Farge of Curie Institute, France

 

生物通记者：研究机械力对细胞分化的影响这一课题应该是交叉科学的课题，其中除了应用生命科学的研究手段还有哪些研究手段？这个领域有哪些研究方向？尤其是，有怎样的研究意义？

 

汪宁教授：是的。这是一个交叉科学的课题. 除了我们实验室的研究方法外，还可以利用其他研究方法(生物工程与生物物理方面)。

 

至于这个研究方向能否进一步地发展，还有待我们和同行科研工作者们进一步努力。

 

我们认为这项工作对研究胚胎发育有重要意义。 例如我们的研究也许可以延伸到载体研究。研究和了解哪些因子(机械的， 化学的)对从单个受精卵子发育成一个全功能的胚胎起重要作用。

 

生物通记者：目前，您研究到什么阶段，对临床研究有什么意义？

 

汪宁教授：我们目前的重点集中于基础研究。我们希望大家能够认识到目前这仅仅是一项基础研究成果。继续研究也许能够找到用机械力的方法来定向分化细胞培养。将来希望能把这项研究延伸到人胚胎干细胞。

 

然而这还有相当一段路要走. 但是, 我们希望其他实验室 (也包括我们自己) 能够把这项工作拓展到动物研究和临床研究，这将对医学与临床应用都有意义。

 

 

生物通记者：我看到您的文章中指出，机械力的改变可能改变基因的表达，这是一个十分有意思的现象，您怎么看这个现象，未来可能将这一现象投入应用吗？

 

汪宁教授：我们的研究结果表明一个很小的局部力能够改变单个胚胎干细胞Oct3/4基因的表达。也许其他基因的表达也可以被改变。如果是这样的话，这将是一个新的用加力的方法来改变基因表达。它可以拟补化学刺激方法的某些不足:例如无法调节单个细胞的基因表达。

 

生物通记者：您下一步的研究计划是什么？

 

汪宁教授：继续研究机械力刺激胚胎干细胞分化的信号传导机理.研究机械力刺激胚胎干细胞定向分化的途径.

 

生物通记者：对于干细胞领域的发展趋势，您有什么看法？

 

汪宁教授：在二十一世纪，干细胞领域是生物学最令人兴奋的领域之一。这个领域的进展可能对医学和公共健康产生重大影响。它也许不仅能够揭开许多生命科学的奥秘，而且也许能够帮助治疗许多目前无法治愈的疾病，如老年痴呆症、心脏病、糖尿病、神经系统的衰退, 等等。

 

后记：

采访的过程十分的顺利，汪宁教授总是温厚亲切的询问我是否有更多的问题。我在这衷心的祝福汪教授，在这个新的课题上取得非凡的成绩。

（生物通 张欢）

 

汪宁教授简介

 

Ning Wang is a professor in Department of Mechanical Science and Engineering at University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC).  He received his Bachelor’s degree and Master’s degree from Huazhong University of Science and Technology (Wuhan, China) in 1982 and 1984. He was a visiting fellow in Biophysics and Biochemistry at National Institute of Health from 1984 to 1986. After receiving his Doctor of Science degree in Physiology from Harvard University in 1990, he completed his postdoctoral training at Harvard Medical School from 1991 to 1994.  He was a faculty member in Physiology Program at Harvard School of Public Health from 1994 to 2006 before moving his laboratory to UIUC.  His laboratory’s interests are in cell mechanics, mechanotransduction, cellular mechanobiology, stem cell biology, nanobiotechnology, and molecular mechanomedicine.

 

Educational & Professional Experience
Educational History
Sc. D., Physiology, Harvard University, School of Public Health, 1990
MS, Biomedical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, 1984
BS, Biomechanics, Huazhong University of Science and Technology, 1982

Academic Positions

2006-present
Professor, University of Illinois at Urbana-Champaign,

2000-2006
Associate Professor of Physiology and Cell Biology, Harvard School of Public Health,

1994-2000
Assistant Professor of Physiology and Cell Biology, Harvard School of Public Health,

Research Associate in Physiology, Harvard School of Public Health, 1990-1994
Research Fellow in Physiology, Harvard School of Public Health, 1986-1990
Visiting Fellow in Physiology, Harvard School of Public Health, 1986-1987
Visiting Fellow in Biophysics and Biochemistry, National Institutes of Health, 1984-1986
Research Assistant in Bioengineering, Huazhong University of Science and Technology, 1983-1984
Other Professional Employment
Research Fellow in Cell Mechanics, Children's Hospital and Harvard Medical School, 1991-1994

 

Awards and Professional Societies
Research Awards
Caroline tum Suden Professional Opportunity Award, American Physiological Society, 1991
Scholander Award, American Physiological Society, 1991
Harvard School of Public Health Alumni Scholarship, 1988-1989

Professional Society Membership
Member, American Society for Cell Biology
Member, American Physiological Society

 

Selected Publications

• Wang, N., J. D. Tytell, and D. E. Ingber, "Mechanotransduction at a Distance: Mechanically Coupling the Extracellular Matrix with the Nucleus," Nat Rev Mol Cell Biol, 10, 75-82, 2009.
• Na, S., F. Chowdhury, B. Tay, M. Ouyang, M. Gregor, Y. Wang, G. Wiche, and N. Wang, "Plectin Contributes to Mechanical Properties of Living Cells," Am J Physiol Cell Physiol (in press), 2009.
• Wang, N., "Structural Basis of Stress Concentration in the Cytoskeleton," Molecular Cell Biomechanics, 141, 1-12, 2009.
• Collin, O., S. Na, F. Chowdhury, M. Hong, M. Shin, F. Wang, N. Wang, "Self-organized Podosomes are Dynamic Mechanosensors," Current Biology, 8, 1288-1294, 2008.
• Na S, Collin O, Chowdhury F, Tay B, Ouyang M, Wang Y, Wang N., "Rapid signal transduction in living cells is a unique feature of mechanotransduction.," Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105, 6626-6631, 2008.
• Na, S. and N. Wang, "Application of Fluorescence Resonance Energy Transfer and Magnetic Twisting Cyometry to Quantify Mechano-Chemical Signaling Activities in a Living Cell," Science Signaling, 1:11, 2008.
• Hu, S., Chen, J., Fabry, B., Numaguchi, Y., Gouldstone, A., Ingber, D. E., Fredberg, J. J., Butler, J. P., and N. Wang, "Intracellular stress tomography reveals stress focusing and structural anisotropy in the cytoskeleton of living cells," Am. J. Physiol. Cell, 285, C1082-C1090, 2003.
• Wang, N., Tolic-Norrelykke, I. M., Chen, J., Mijailovich, S. M., Butler, J. P., Fredberg, J. J., and D. Stamenovic, "Cell prestress. I. Stiffness and pretress are closely associated in adherent contractile cells," Am. J. Physiol. Cell, 282, C606-C616, 2002.
• Wang, N., Naruse, K., Stamenovic, D., Fredberg, J. J., Mijailovich, S. M., Tolic-Norrelykke, I. M., Polte, T., Mannix, R., and D. E. Ingber, "Mechanical behavior in living cells consistent with the tensegrity model," Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA, 98, 7765-7770, 2001.
• Wang, N., J. P. Butler, and D. E. Ingber, "Mechanotransduction Across the Cell Surface and Through the Cytoskeleton," Science, 260, 1124-1127, 1993.