PNAS:干细胞制造技术的重大突破

【字体: 时间:2014年04月02日 来源:生物通

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  目前,诺丁汉大学的科学家们开发出一种新物质,可以简化再生医学这个开创性领域中的细胞治疗产品制造。这项研究,以“Combined hydrogels that switch human pluripotent stem cells from self-renewal to differentiation”为题,发表在2014年3月27日的《PNAS》杂志。

  

生物通报道:目前,诺丁汉大学的科学家们开发出一种新物质,可以简化再生医学这个开创性领域中的细胞治疗产品制造。

细胞疗法(Cell therapy)是一个令人兴奋和迅速发展的医学领域,全球已批准八项干细胞治疗技术。在这个领域中,干细胞有潜力修复慢性疾病和年龄相关疾病中的人体组织功能。但是,要将目前成功的研究成果转化为实际的产品和治疗,所面临的一个主要问题是:如何大量生产这样一种复杂的生物材料?

在干细胞生产过程中有两个不同的阶段:增殖(使足够多的细胞形成大的组织)和分化(把基本的干细胞变成功能性细胞)。这两个阶段所需的物质环境是不同的,到现在为止,还没有某种可用的单一物质能同时做到这两点。

目前,诺丁汉大学的多学科研究小组解决了这一双重需要,他们制备了一种新的干细胞微环境,发现这种环境既能让细胞进行自我更新,也能使它们演化为心肌细胞。这种材料是一种含两种聚合物的水凝胶,利用离子交联将一种可自我更新的水凝胶(藻朊酸盐)移除,并切换到一种可分化的微环境(胶原蛋白)。调整这个开关的时机,可优先引导HPSC分化,来模仿原肠胚形成到外胚层(早开关)或中胚层/内胚层(晚开关)的细胞系定型(lineage commitment)。作为一个典范分化细胞类型,研究人员表明,利用这个系统检测早期细胞系特化,可以促进心脏发生,并增加高密度细胞种群的基因表达。

先进药物释放和组织工程学教授Kevin Shakesheff称:“我们的新型水凝胶组合属于第一。它可让我们在一个从来没有获得过的单一步骤过程中,从人类多能干细胞(HPSC)生产致密的组织结构。这一发现对再生医学的未来制造业具有重要的意义。这个医疗领域是英国的一个主要优先发展领域,我们看到,有越来越多的资金投入到未来的制造业过程,以保证在HPSC产品和治疗进入临床试验和成为标准时,我们已经准备好为患者提供真正的治疗。”

这项研究,以“Combined hydrogels that switch human pluripotent stem cells from self-renewal to differentiation”为题,发表在2014年3月27日的《PNAS》杂志。(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Combined hydrogels that switch human pluripotent stem cells from self-renewal to differentiation
Abstract:The ability of materials to define the architecture and microenvironment experienced by cells provides new opportunities to direct the fate of human pluripotent stem cells (HPSCs) [Robinton DA, Daley GQ (2012) Nature 481(7381):295–305]. However, the conditions required for self-renewal vs. differentiation of HPSCs are different, and a single system that efficiently achieves both outcomes is not available [Giobbe GG, et al. (2012) Biotechnol Bioeng 109(12):3119–3132]. We have addressed this dual need by developing a hydrogel-based material that uses ionic de-cross-linking to remove a self-renewal permissive hydrogel (alginate) and switch to a differentiation-permissive microenvironment (collagen). Adjusting the timing of this switch can preferentially steer the HPSC differentiation to mimic lineage commitment during gastrulation to ectoderm (early switch) or mesoderm/endoderm (late switch). As an exemplar differentiated cell type, we showed that directing early lineage specification using this single system can promote cardiogenesis with increased gene expression in high-density cell populations. This work will facilitate regenerative medicine by allowing in situ HPSC expansion to be coupled with early lineage specification within defined tissue geometries.


 

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