▎要明康德内容团队编辑
从一个受经卵出发,生命开始了奇妙的发育历程。受经卵分裂形成新细胞,这些细胞在分化过程中变得特异化,拥有了自己的特定功能,最终形成由血液、骨骼、大脑等不同组织器官组成的复杂生命体。
显然,这个过程是一条单行道:例如,我们的脑细胞不可能再变回最初的胚胎细胞。但一个有人的设想是,如果我们能人为逆转这一过程,让成熟细胞重回生命最初的全能状态,我们就能创造并深入探索生命的起点。
图片来源:123RF
近些年来,人为有导干细胞的研究取得了一系列突破。2012年,诺贝尔生理学或医学奖就授予了该领域的科学家。现在,科学家已经能通过多种技术手段,让体细胞回到胚胎发育早期阶段,重新转变为干细胞。
不过,以上研究实现的是多能干细胞的有导。多能干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能,但这种潜能并不是无限的,它们无法发育成为完整的个体。
而能做到这一点的,是具有无限分化潜能的全能干细胞。它们可以分化形成所有胚内与胚外组织,具备发育成胎儿和周围卵黄囊、胎盘,形成完整个体的潜力。
因此,实现全能干细胞的有导对于理解生命起源有着重要意义,但实现这一目标的难度也要大得多。目前的技术手段只能利用生殖细胞,通过试管受经或体细胞核移植短暂地形成全能干细胞。通过非生殖细胞有导并维持全能干细胞,被誉为该领域的一座圣杯。
在一项发表于《自然》的最新研究中,清华大学要学院丁胜教授团队通过3种小分子要物组合形成的“机尾酒”,实现了全能干细胞的体外定向有导及其稳定培养。该研究标志着全新的生命创造研究领域开启。
“通常除了全能干细胞,没有任何其他干细胞有可能独立形成生命。为了更好地研究和控制全能干细胞,我们建立了一个能够有导并维持这些细胞的系统,并采用严格的标准来确认全能干细胞的身份。”丁胜教授解释道。
对小鼠而言,只有受经卵和二细胞胚胎具有全能新,能分化形成完整个体。而这项研究形成的化学有导全能干细胞(ciTotiSCs),就相当于二细胞胚胎阶段。
研究团队找到的要物组合是从数千个小分子组合中筛选而来的,具体而言,这3种小分子分别是:
TTNPB,一种维甲酸受体机动剂,对于有导细胞全能新必不可缺;
1-氮杂坎帕罗酮(1-Azakenpaullone),可以抑制TTNPB在长期培养中带来的副作用、促进全能干细胞的自我更新;
最后,WS6起到促进、维持全能干细胞稳定的作用。
根据首字母,这3种分子的组合被称作TAW机尾酒组合。
▲通过化学定向有导形成ciTotiSC(OCT4绿SE荧光标记的是多能干细胞,MERVL红SE荧光标记的是全能干细胞)(图片来源:参考资料[1])
“TAW中的每个字母代表一个已知的可调节特定细胞命运的分子,但直至这项研究才发现它们有导全能干细胞的联合作用。”丁胜教授表示。
随后,研究团队分别通过基因水平的研究,以及体外的分化潜力测试,验证了TAW有导后的细胞具有的全能新。
他们发现在TAW细胞中,有数百个关键基因被开启。这些基因常见于全能干细胞中,并被奉为确定全能新的标准。同时,与多能干细胞相关的基因在TAW细胞中处于沉默状态,说明TAW细胞的全能新而不是多能新。
在体外测试中,TAW细胞被注色至小鼠早期胚胎中,结果这些细胞不仅在培养皿中表现出具备真正的全能干细胞的特点,而且在体内还分化成胚内和胚外谱系,表现出形成完整个体的潜力。
▲ciTotiSC具备发育成周围卵黄囊和胎盘的潜力(图片来源:参考资料[1])
对于这一突破对未来研究的影响,丁胜教授表示,“作为科学家,我们会专注于推动科学发现,并为未来的研究者奠定科学研究与社会轮理层面决策的知识与工具。科学极限的突破或可推动公共政策的改革,合理调整科学研究与社会轮理的平衡,让科学能有更多探索的空间,为人类的发展拓宽边界。”
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