知名学者丁胜Science,Cell Stem Cell发表细胞重编程重大突破

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年4月29日 来源:生物通

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  来自Gladstone研究所的科学家们取得重大的突破,通过采用一些化学物质的组合将皮肤细胞转化成为了心脏细胞和脑细胞。由于以往所有的细胞重编程研究都要求往细胞中添加外源基因,因此这一成果是一个前所未有的壮举。这项研究为某一天能够用药物再生出丧失或受损的细胞奠定了基础。

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生物通报道  来自Gladstone研究所的科学家们取得重大的突破,通过采用一些化学物质的组合将皮肤细胞转化成为了心脏细胞和脑细胞。由于以往所有的细胞重编程研究都要求往细胞中添加外源基因,因此这一成果是一个前所未有的壮举。这项研究为某一天能够用药物再生出丧失或受损的细胞奠定了基础。

在发布于《科学》(Science)和《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上的两项研究中,由Gladstone研究所资深研究人员丁胜(Sheng Ding)博士领导的一个科学家小组,采用化学鸡尾酒逐步诱导皮肤细胞改变成为了器官特异性干细胞样细胞,并最终转化成为心脏或脑细胞。这一研究发现为重编程细胞及避免遗传操作有关的医学担忧提供了一个更有效和可靠的方法。

两项研究的资深作者丁胜说:“这种方法让我们朝着能够在患者的损伤部位生成新细胞又近了一步。我们希望有一天能够采用一些药物,帮助心脏和大脑利用自身现有的组织细胞再生出受损区域,来治疗心力衰竭或帕金森病。这一过程更加接近长期以来让我们着迷的,在蝾螈和火蜥蜴一类动物体内发生的自然再生。”

化学方法修复的心脏

成体心脏再生新细胞的能力非常有限,因此科学家们一直在寻找一种方法以替代心脏病发作后丧失的细胞,例如将成体心脏细胞或干细胞移植到受损心脏中。然而,这些努力很大程度上是无效的,因为大多数移植成体细胞都无法存活或正确地整合到心脏中,只有很少的细胞能够诱导成为心脏细胞。Gladstone研究所心血管和干细胞研究主任Deepak Srivastava开创了一种替代方法:利用一些基因将动物心脏中的瘢痕形成细胞转变为新的心肌,来改善心脏功能。采用一种化学重编程方法做到这一点,或许提供了一种更简单的方法来供给信号诱导心肌局部再生。

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在Science研究中,研究人员采用了由9种化学物质构成的鸡尾酒来改变人类皮肤细胞成为跳动的心脏细胞。通过反复实验,他们发现最好的化学物质组合,一开始改变皮肤细胞进入了一种多能干细胞样状态,随后在特定器官中它们可以转变为许多不同类型的细胞。第二种化学物质和生长因子鸡尾酒帮助将这些细胞转变成为了心肌细胞。

采用这种方法,97%以上的细胞开始跳动——这是充分发育、健康心脏细胞的一个特征。这些细胞还能够正确地响应激素,在分子构成上它们与心肌细胞(而非皮肤细胞)相似。并且,当将这些细胞在这一过程的早期移植到小鼠心脏中去时,它们在小鼠心脏中发育成为了看上去健康的心肌细胞。

Science论文的共同资深作者Srivastava说:“心力衰竭的最终治疗目标是采用一种强大、可靠的方法为心脏生成新心肌细胞。重编程患者自身的细胞有可能为再生濒死或病变心肌提供了一种最安全、最有效的方法。”

用神经干细胞复原大脑

在第二项Cell Stem Cell研究中,科学家们采用一种相似的方法利用小鼠皮肤细胞构建出了神经干细胞。

这一化学鸡尾酒还是由9个分子构成,其中一些与第一项研究中采用的分子有重叠。在10多天里,这一鸡尾酒改变了细胞的身份,所有皮肤细胞被关闭,神经干细胞基因被逐渐开启。当移植到小鼠体内时,这些神经干细胞自发地发育成为了三种基本类型的脑细胞:神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。这些神经干细胞还能够自我复制,使得它们非常适合于治疗神经退行性疾病或脑损伤。

共同资深作者、Gladstone研究所资深研究员Yadong Huang博士说:“随着它们安全性的提高,这些神经干细胞可能有一天能用于帕金森病或阿尔茨海默病一类神经退行性疾病的细胞替代治疗。在未来,我们甚至可以想象采用一种药物鸡尾酒对大脑或脊髓起作用,在大脑中实时复原细胞来治疗患者。”

丁胜博士早年毕业于北京大学,在合成化学、干细胞生物学以及药物研发技术方面具有很强的科研实力和独特见解,创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。2009 年被权威杂志 The Scientist评为“年度最佳创新技术”和 “生命科学年度人物”。 2016年清华大学宣布成立药学院,丁胜博士出任为首任院长(清华大学成立药学院 丁胜出任首任院长)。

2016年3月,丁胜博士领导Gladstone研究所的科学家们找到了一种方法来构建介于胚胎干细胞和成体心脏细胞之间的一种新型细胞,这有可能掌握了治疗心脏病的一把钥匙。这些诱导可扩增心血管祖细胞(ieCPCs)可以有组织地发育为心脏细胞,且仍然保留了增殖能力。当注入到心脏病发作后的小鼠体内时,这些细胞显著地改善了心脏功能。这项研究工作发布在Cell Stem Cell杂志上(知名学者丁胜Cell Stem Cell重大突破:构建新型细胞

2016年1月,他与加州大学旧金山分校糖尿病中心主任Matthias Hebrok一起,成功将人体皮肤细胞转化为功能健全的胰腺细胞。新的细胞可产生胰岛素响应葡萄糖水平的变化,并且,在移植到疾病小鼠模型体内之后,这些细胞可保护动物免于患上糖尿病。这项研究成果发表在Nature Communications上(知名学者丁胜:细胞重编程技术重要进展 )。

生物通:何嫱)

作者简介:

丁胜

世界著名的生物学机构美国斯克里普斯研究所化学系博士,目前在Gladstone研究所任资深研究员,是一位年轻有为、非常具有潜力和实力的科学家。多次作为专家担任美国多个重大基金或项目的评审。丁胜博士具有合成化学、干细胞生物学及药物研发技术多元的专业背景,并创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。
       
丁博士在该学科的成就使得权威杂志The Scientist在2009年度盘点中,两度垂青这个青年科学家:丁胜博士所创的蛋白诱导ips技术被评为“年度最佳创新技术”,与此同时,丁胜博士也被The Scientist评选为“生命科学年度人物”。

生物通推荐原文索引:

 "Conversion of human fibroblasts into functional cardiomyocytes by small molecules," by N. Cao; Y. Huang; C.I. Spencer; Y. Zhang; B. Nie; M. Xie; M. Zhang; H. Wang; T. Ma; T. Xu; G. Shi; D. Srivastava; S. Ding at Gladstone Institute of Cardiovascular Disease in San Francisco, CA; N. Cao; J. Zheng; Y. Zhang; B. Nie; M. Xie; M. Zhang; H. Wang; T. Ma; T. Xu; G. Shi; D. Srivastava; S. Ding at University of California, San Francisco in San Francisco, CA; J.-D. Fu at Case Western Reserve University in Cleveland, OH.

Pharmacological Reprogramming of Fibroblasts into Neural Stem Cells by Signaling-Directed Transcriptional Activation.Cell Stem Cell.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.03.020

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