Cell Rep封面:干细胞研究重要突破

科学家首次将血液转化为神经细胞

【字体: 时间:2015年05月22日 来源:生物通

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  最近,加拿大麦克马斯特大学的科学家们,通过患者简单地卷起袖子并提供血液样本,就制备出了人类患者来源的成人感觉神经元。这一研究突破,以封面文章的形式发表在最近的《Cell Reports》杂志。

  

生物通报道:最近,加拿大麦克马斯特大学的科学家们,通过患者简单地卷起袖子并提供血液样本,就制备出了人类患者来源的成人感觉神经元。延伸阅读:首次用iPS制备控制食欲的神经元

具体来说,麦克马斯特大学的干细胞科学家,现在可以将成人血细胞直接转化为负责疼痛、温度和痒感觉的中枢神经系统(脑和脊髓)神经元以及周围神经系统神经元(身体其他部位)。这意味着,我们可以根据一个的血液,确定他的神经细胞对刺激产生何种反应。

这一研究突破,以封面文章的形式发表在最近的《Cell Reports》杂志,是由麦克马斯特大学干细胞和癌症研究所主任Mick Bhatia带领完成。他是加拿大人类干细胞生物学研究主席,也是Michael G. DeGroote医学院生物化学与生物医学科学系教授。本文共同作者、人类干细胞研究主席Karun Singh也在此项研究中发挥了关键作用。

目前,科学家和医生对疼痛的复杂问题以及如何对待它,还了解有限。周围神经系统是由不同类型的神经组成——有些是机械性的(感知压力),其他一些检测温度(热)。在极端情况下,疼痛或麻木是由这些周围神经发送的信号所感知的。

Bhatia说:“问题是,不同于血液、皮肤样本或组织活检样本,你不能直接采集患者的一部分神经系统。它运作起来就像复杂的线路,穿过整个身体,大部分不能被采样用于研究。”

Bhatia说:“现在,我们可以轻松地获得血液样本,并在培养皿中制备神经系统——中枢神经系统和周围神经系统的主要细胞类型,这是专门针对每一名患者的。此前没有人用成人血液做到这一点。

“我们可以采集一名患者的血液样本,就像在医生诊疗室通常执行的采血程序,有了它,我们就可以用这种新方法,在短期内生产一百万个感觉神经元(构成周围神经)。我们也可以制备中枢神经系统的细胞,因为我们研制出的血液-神经转换工具,可在转化的过程中产生神经干细胞。”

Bhatia补充说:“这一革命性的、直接转换的专利技术,有着广泛而直接的应用。它可让研究人员开始探寻关于了解疾病并改善治疗的问题:为什么某些人感到疼痛,而某些人则麻木?这是遗传问题?是否可以在培养皿中模拟糖尿病患者所经历的神经病变?”

这一技术也为新止疼药(不止是麻痹疼痛感觉)的开发奠定了基础。Bhatia说,使用了几十年的非特异性阿片类药物,至今仍在使用。

Bhatia说:“如果我是一名患者,我感到疼痛或出现神经病变,对我来说最好的止疼药靶定的是外周神经系统的神经元,但对中枢神经系统却没有影响,从而避免非成瘾性药物的副作用。”

“你不想感到困倦或无意识,你只是想让你的痛苦消失。但是,直到现在,没有人能够做到,也没有这样的技术来测试不同的药物,以一种患者特异性或个性化的方式,发现靶定周围神经系统而不影响中枢神经系统的药物。”

Bhatia研究小组使用新鲜血液以及冷冻血液,成功检测了他们的这一过程。由于血液样本是在许多临床试验中采集并冻结的,这使得它们几乎有点像“时光机”,退回去探索疼痛或神经病变问题,在过去临床试验(反应和结果已经被记录)中患者采集血液制备的神经元上运行测试。”

Bhatia解释说,这一过程将来可能有预后潜力,你可以研究一名2型糖尿病患者,并通过在实验室中使用他们血液来源的自身神经细胞进行测试,预测出他们是否会经历神经病变。

Michael G. DeGroote 疼痛研究和护理研究所主任Akbar Panju指出:“这项成果是非常令人兴奋的,会对神经系统疾病的管理产生重大的影响,尤其是神经性疼痛。”

“这项研究将帮助我们了解细胞对不同药物和不同刺激的反应,并可让我们为经受神经病理性疼痛的患者,提供个性化的医学治疗方案。”

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:

Single Transcription Factor Conversion of Human Blood Fate to NPCs with CNS and PNS Developmental Capacity
Summary: The clinical applicability of direct cell fate conversion depends on obtaining tissue from patients that is easy to harvest, store, and manipulate for reprogramming. Here, we generate induced neural progenitor cells (iNPCs) from neonatal and adult peripheral blood using single-factor OCT4 reprogramming. Unlike fibroblasts that share molecular hallmarks of neural crest, OCT4 reprogramming of blood was facilitated by SMAD+GSK-3 inhibition to overcome restrictions on neural fate conversion. Blood-derived (BD) iNPCs differentiate in vivo and respond to guided differentiation in vitro, producing glia (astrocytes and oligodendrocytes) and multiple neuronal subtypes, including dopaminergic (CNS related) and nociceptive neurons (peripheral nervous system [PNS]). Furthermore, nociceptive neurons phenocopy chemotherapy-induced neurotoxicity in a system suitable for high-throughput drug screening. Our findings provide an easily accessible approach for generating human NPCs that harbor extensive developmental potential, enabling the study of clinically relevant neural diseases directly from patient cohorts.
 

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