Nature子刊：环境硬度影响干细胞分化

　　

生物通报道：密歇根大学的科学家们在新型的多孔环境下培养人类胚胎干细胞，他们的研究首次向人们展示，培养系统的物理特性对这些细胞的分化有重要影响。

研究人员利用橡皮泥的一种关键成分，制成了地毯一般的柔软结构。利用这一结构培养人类胚胎干细胞，可以使其更有效的分化成为有功能的脊髓细胞。这项研究于四月十三日发表在Nature Materials杂志的网站上。

胚胎干细胞能分化成为人体内约两百多种细胞，最终形成肌肉、骨骼、神经和器官。而这项研究首次将物理信号与人类胚胎干细胞的分化直接关联起来。（延伸阅读：细胞外基质决定干细胞的分化）

密歇根大学的机械工程助理教授付建平（音译Jianping Fu）指出，这一研究为人们提供了诱导干细胞分化的更有效途径，可以帮助人们治疗肌萎缩侧索硬化ALS、亨廷顿舞蹈病、阿尔茨海默症等疾病。

Fu及其同事利用橡皮泥的主要成分聚二甲基硅氧烷，构建了由微观柱状结构组成的干细胞培养系统，整个系统就像是一块松软的“地毯”。研究人员可以通过改变微观柱状结构的高度，来调节细胞生长表面的硬度。柱状结构越矮“地毯”就越硬，柱状结构越高“地毯”就越柔软。

研究团队发现，与较硬的培养系统相比，较软的培养系统能够促进干细胞的分化，使其更快转变为更多的神经细胞。研究显示，在23天之后，柔软表面生长的脊髓细胞克隆（控制肌肉运动的运动神经元）比对照大十倍，纯度高四倍。

“这很令人兴奋，”Fu说。“要真正实现人类胚胎干细胞的临床应用，我们就需要更好的培养系统，以更可靠的方式生产更多有功能的目的细胞。我们这种人工合成的微观系统是一大进步，可以帮助人们控制物理性的环境信号。”

ALS会杀死大脑和脊髓中的运动神经元，并最终使患者瘫痪。Fu与研究ALS的Eva Feldman教授展开合作，尝试在这种“地毯”式系统中，将患者自身的细胞诱导成为运动神经元。

“Fu教授及其同事开发了利用干细胞生产神经元的新方法，这一技术不仅产量大，而且生成的神经元纯度也很高，”Feldman说。“这将帮助我们在实验室中对ALS进行模拟研究，以便开发更可行的治疗方案。”

研究人员指出，这一培养系统的优势不仅停留在细胞数的层面上。研究显示，在柔软“地毯”上生成的新运动神经元，表现出与人体神经元相差无几的电行为。此外研究人员还发现，Hippo/YAP信号通路介导了环境物理特性对干细胞分化的影响。而这一发现，将有助于人们进一步理解胚胎干细胞的分化机制。

 

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