Cell子刊:细胞重编程加速药物筛选

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年6月21日 来源:生物通

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  最近,美国约翰霍普金斯大学的研究人员报道称,一种实验室培养的人类神经细胞可与心肌细胞搭档,来刺激收缩。因为加速心跳的神经细胞来自于由人类皮肤细胞制成的诱导多能干细胞(iPS),因此研究人员认为,这些细胞——称为交感神经细胞,将有助于我们研究影响神经系统的疾病。

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生物通报道:最近,美国约翰霍普金斯大学的研究人员报道称,一种实验室培养的人类神经细胞可与心肌细胞搭档,来刺激收缩。因为加速心跳的神经细胞来自于由人类皮肤细胞制成的诱导多能干细胞(iPS),因此研究人员认为,这些细胞——称为交感神经细胞,将有助于我们研究影响神经系统的疾病,也就是说,科学家将能够在实验室里培养复制特定疾病的神经细胞。相关阅读:Cell新文章:治疗免疫疾病,从神经细胞入手科学家把普通皮肤细胞转变成大脑神经细胞

Gabsang Lee博士带领了这项研究,他说,在某种程度上,他们开展这些实验,是因为许多有前景的药物在临床试验中却由于神经系统副作用(包括血压升高)而失败了。他补充道:“我们的工作提出了一种可能性,即,有一天我们或许能够,通过在实验室培养的细胞中进行简单的测试,而更好地预测哪些药物会对我们重要器官的功能产生负面影响。”相关研究结果在线发表于6月16日的《Cell Stem Cell》杂志上。

交感神经细胞是所谓的交感神经系统的一部分,或多或少地自动激活和调节着呼吸、心率、视觉焦点、消化和恐惧反应。这些细胞将大脑与眼睛、血管和大部分内脏连接起来,很少受到意识思维的影响。

当这些细胞被激活时,它们提示释放某些信号分子,如去甲肾上腺素,它们可扩张瞳孔和肺部的气道、收缩血管以提高血压,并增加心跳的频率和力量。出故障的交感神经细胞可能会导致许多疾病,包括高血压和其他心脏疾病。

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在他们的实验中,Lee的研究小组从人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞开始,然后对它们进行遗传改造,当某些主基因被激活时它们就会发出绿光,这个简单的信号表明,细胞正变成交感神经细胞。

在尝试多种化学物质的组合之后,该研究团队最终找到了一个配方,使得通过不同成熟阶段的干细胞——类似于发生在胚胎发育期间,成为交感神经细胞。他们将细胞产生的蛋白质和电流,与已知的交感神经模式和其他神经细胞进行比较,发现它们确实与普通交感神经细胞是一致的。

为了查明实验室培养的神经细胞是否可能与靶细胞正确配对,并直接指导它们的功能,研究人员将三个不同来源的心肌细胞放在一起培养:刚出生的小鼠、小鼠胚胎干细胞和人类iPS细胞。神经细胞与三个来源的肌细胞相连,尽管研究人员添加了尼古丁来刺激神经细胞,但是只有来自新生小鼠的肌肉细胞更快地通过跳动做出响应。Lee说,这个结果需要进一步研究,但可能是因为一些肌肉细胞还不够成熟。

Lee说,从好的方面说,因为之前的研究表明,神经细胞及其靶组织之间的工作联系,可能有助于发育过程中的神经细胞成熟,因此,该研究团队检测了与/不与心肌细胞一起生长的神经细胞。正如预测的那样,根据所释放的蛋白质,与心肌细胞一起生长的交感神经,比隔离的对应物变得更成熟。

Lee说:“干细胞领域的关键问题是,我们怎样才能制备体内各种成熟的细胞?现在我们可以制备交感神经细胞,但是我们将继续研究它们的成熟过程,以查明它们与心脏细胞的连接所引发的分子变化。”

他的研究团队也将测试神经与其他靶组织配对的能力,如血管和棕色脂肪,它们是由交感神经系统控制的,并参与各种疾病,如高血压、糖尿病和肥胖。(棕色脂肪有助于控制卡路里的消耗和体温)。Lee说,可以结合靶组织配对,来研究由这些疾病患者制备而成的神经细胞,以了解不同患者的基因错误如何影响神经的功能。相关阅读:神经细胞对肥胖有何独特作用?

生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Functional Coupling with Cardiac Muscle Promotes Maturation of hPSC-Derived Sympathetic Neurons
Summary: Neurons derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) are powerful tools for studying human neural development and diseases. Robust functional coupling of hPSC-derived neurons with target tissues in vitro is essential for modeling intercellular physiology in a dish and to further translational studies, but it has proven difficult to achieve. Here, we derive sympathetic neurons from hPSCs and show that they can form physical and functional connections with cardiac muscle cells. Using multiple hPSC reporter lines, we recapitulated human autonomic neuron development in vitro and successfully isolated PHOX2B::eGFP+ neurons that exhibit sympathetic marker expression and electrophysiological properties and norepinephrine secretion. Upon pharmacologic and optogenetic manipulation, PHOX2B::eGFP+ neurons controlled beating rates of cardiomyocytes, and the physical interactions between these cells increased neuronal maturation. This study provides a foundation for human sympathetic neuron specification and for hPSC-based neuronal control of organs in a dish.

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