人造器官向前迈出一步：直指跳动的心脏

一种被称为“活化石”的古代鱼类帮助研究人员了解了干细胞的基本知识。这将进一步推进干细胞研究，并朝着创造人造器官的方向迈出一步

　　

   

   

腔棘鱼和其他动物    

跳动的心脏，将血液输送到动物和人类身体各处的复杂器官。这可不是你会联想到实验室里的培养皿。但这在未来可能会改变，并挽救自身器官衰竭的人的生命。现在的研究离这个目标又近了一步。

要设计人造器官，你首先必须了解干细胞和支配它们显著特性的遗传指令。

诺和诺德基金会干细胞医学中心的Joshua Mark Brickman教授发现了一个主基因的进化起源，该主基因作用于指导干细胞的基因网络。

干细胞研究的第一步是了解支持所谓多能干细胞的基因调节网络。了解它们的功能是如何在进化中得到完善的，可以帮助我们了解如何构建更好的干细胞。”Joshua Mark Brickman说。多能干细胞是指可以发育成所有其他细胞的干细胞。例如，心脏细胞。如果我们了解了多能干细胞是如何发育成心脏的，那么我们就离在实验室中复制这一过程又近了一步。

活化石是了解干细胞的关键  

干细胞的多能性——意味着这些细胞可以发育成任何其他细胞——传统上与哺乳动物有关。

现在，Joshua Mark Brickman和他的同事们发现，控制干细胞和支持多能性的主基因也存在于一种叫做腔棘鱼的鱼类中。在人类和小鼠中，这种基因被称为OCT4，他们发现腔棘鱼版本可以取代小鼠干细胞中的哺乳动物版本。

除了腔棘鱼与哺乳动物属于不同的类别之外，它也被称为“活化石”，因为大约4亿年前它发展成了今天的样子。它有像四肢一样的鳍，因此被认为是最早从海洋迁移到陆地上的动物。

“可以这么说，通过研究它的细胞，你可以回到进化过程中，”助理教授Molly Lowndes解释说。

助理教授Woranop Sukparangsi继续说道:“在干细胞中控制基因网络的中心因素在腔棘鱼中被发现。这表明该网络在进化的早期就已经存在，可能可以追溯到4亿年前。”

通过研究其他物种的网络，比如这条鱼，研究人员可以提炼出支持干细胞的基本概念。

“回到进化的美妙之处在于，生物体变得更加简单。例如，他们只有一个副本的一些基本基因，而不是许多版本。这样，你就可以开始分离对干细胞真正重要的东西，并利用它来改善在培养皿中培养干细胞的方式，”博士生Elena Morganti说。

鲨鱼、小鼠和袋鼠  

除了研究人员发现干细胞周围的网络比以前认为的要古老得多，并且在古老的物种中发现，他们还了解到进化是如何修改基因网络以支持多能干细胞的。

研究人员观察了40多种动物的干细胞基因。例如鲨鱼、小鼠和袋鼠。选择这些动物是为了为进化的主要分支点提供一个很好的样本。

研究人员利用人工智能建立了不同OCT4蛋白的三维模型。研究人员可以看到，蛋白质的一般结构在进化过程中保持不变。虽然这些已知对干细胞重要的蛋白质区域没有改变，但这些蛋白质明显不相关的区域的物种特异性差异改变了它们的方向，可能会影响它支持多能性的程度。

“这是一个非常令人兴奋的关于进化的发现，在新技术出现之前，这是不可能的。你可以把它看作是一种聪明的进化思维，我们不会修补‘汽车引擎’，但我们可以四处移动引擎，改进传动系统，看看它是否能让汽车跑得更快。”

什么是干细胞?   干细胞是存在于所有多细胞生物中的非特化细胞。干细胞有两个区别于其他类型细胞的特性。一方面，干细胞可以进行无限次的细胞分裂(有丝分裂)，另一方面，干细胞具有成熟(分化)成几种细胞类型的能力。 多能干细胞是一种可以发育成任何其他细胞的细胞，如心脏细胞、毛细胞或眼睛细胞。

 

Evolutionary origin of vertebrate OCT4/POU5 functions in supporting pluripotency