Science十大科学突破之iPS新型技术

【字体: 时间:2010年12月22日 来源:生物通

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  诱导多功能干细胞(iPS)技术却绕开了胚胎干细胞研究面临的伦理和法律等障碍,因此在医疗领域的应用前景非常广阔。但是iPS细胞的应用由于其潜在致癌性和效率低,不利其未来的临床应用,科学家们要想借助干细胞疗法治疗疾病仍然需要更多的努力。

  

生物通报道:每年年底,Science杂志都会按惯例评选出十大科学进展。上周Science杂志公布了该刊评选出的2010年度十大科学进展,其中名列第一位的是物理学研究方面的成果:第一个量子机械,其余几项研究(与生物相关)包括:合成生物学、尼安德特人基因组、HIV预防、外显子组测序/罕见疾病基因、分子动力学模拟、下一世代的基因组学、iPS新型培养方法:RNA重新编程和大鼠的回归,生物类占据了十大科学突破的八成,由此管中窥豹,可见一斑。

诱导多功能干细胞(iPS)技术却绕开了胚胎干细胞研究面临的伦理和法律等障碍,因此在医疗领域的应用前景非常广阔。但是iPS细胞的应用由于其潜在致癌性和效率低,不利其未来的临床应用,科学家们要想借助干细胞疗法治疗疾病仍然需要更多的努力。

今年来自哈佛医学院,波士顿儿童医院等处的研究人员创建了一种新的技术途径,通过把普通的人体皮肤细胞经过一系列实验快速地诱导转变成iPS细胞,从而消除因注射病毒和致癌基因造成的风险,而且这一技术的效率大约是其他传统方式的100倍。这一成果具有里程碑式的意义,因此入选了2010年Science十大科学突破。

领导这一研究的是哈佛医学院助理教授Derrick Rossi,这项研究克服了iPS技术用于医疗方面的一个重要障碍,对于这一领域的研究而言意义重大。

目前在使用皮肤细胞培育iPS细胞时,研究人员仍需将皮肤细胞暴露在两种病毒以及致癌基因环境下,而后通过重编程使其进入类似胚胎的状态。而这项研究无需基因修饰,就可以将皮肤细胞转变成一个干细胞的方法。其中的奥秘主要在于利用mRNA替代DNA,生产重新编码细胞所需的四种蛋白质。

研究人员导入转变为iPS细胞所需的四个关键蛋白质的mRNA,从而诱导细胞改变原有程序而转变成iPS细胞,即多能干细胞。他们发现他们所创造的类似日常鸡尾酒的试剂具有令人惊讶的使细胞重新编程的速度和效率,只用以前的一半的时间—大约只有17天,而效率是以前标准方法的100倍以上。

此外,这种诱导转化而成的iPS细胞没有令人不安的癌变情况,而其功能却基本等同与胚胎干细胞。研究人员又更一步成功的把这种iPS细胞定向诱导成肌肉细胞。

研究人员将这种细胞命名为RiPS,核糖核酸诱导多能干细胞(RNA induced Pluripotent Stem cells),它比传统的诱导多能干细胞更像胚胎干细胞,因为它们没有被改变基因。他们未来的目标是能够在未来使用干细胞充当新健康细胞的来源以取代被疾病破坏的细胞。

除此之外,今年国内在iPS培养技术方面也获得了重要成果,北京大学的邓宏魁教授和中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿研究员分别在Cell Research上报道建立单因子iPS细胞(Oct4-iPS)。邓宏魁的研究组利用Oct4和四个小分子将小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)重编程为iPS细胞,而裴端卿的研究组利用Oct4和BMP4(一种细胞因子)将小鼠成纤维细胞重编程为iPS细胞。

另外裴端卿研究员和中科院动物所的周琪研究员分别在J Biol.Chem.和Cell Research上报道优化的建立iPS细胞的培养基。裴端卿的研究组开发的培养基为iSF1,可以只用Oct4和Klf4将脑膜细胞重编程为iPS细胞。周琪的研究组利用基因敲除(knock out)血清替代物(KOSR)代替胎牛血清,可以显著提高重编程的效率。

周琪研究员和北京生命科学研究所的高绍荣研究员继去年分别获得iPS细胞来源的四倍体小鼠后,对该技术做出改进。周琪的研究组在Stem Cell Rev上报道用小鼠成体细胞来源的iPS细胞获得四倍体小鼠。高绍荣的研究组在Cell Research上报道用三因子iPS细胞获得四倍体小鼠。另外,周琪和高绍荣分别在Cell Research和Biol Reprod上报道利用iPS细胞作为核移植的供体,获得克隆小鼠。由于iPS细胞比体细胞在发育阶段上更原始,更容易被重编程,因而更容易获得克隆动物,这为其他物种的克隆提供一条更为便捷的途径。

(生物通:万纹)

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