研究顯示并非所有干細胞都是平等的

多倫多大學生物材料與生物醫學工程研究所(IBBME)和唐納利中心的研究人員發現了一大批細胞 - 被稱為“精英” - 在將分化細胞轉化為干細胞的過程中起著關鍵作用。該發現對再生醫學具有重要意義。

干細胞具有轉化為特定細胞的能力 - 從肺到大腦。干細胞在胚胎中很常見，但在過去的15年中，一種稱為細胞重編程的技術使科學家能夠將成熟細胞轉變為所謂的多能干細胞，并具有發育成任何細胞類型的能力。這項技術獲得了2012年諾貝爾獎。

雖然很好地理解重編程，但對于個體重編程細胞如何在群體環境中表現的復雜性知之甚少。大學教授Peter Zandstra的小組(他是U of T和不列顛哥倫比亞大學的雙重任命)最近領導了一項研究，研究對象，發現一組細胞似乎在重編程方面具有競爭優勢。該研究發表于今天的“科學”雜志。

Zandstra和他的團隊使用從小鼠皮膚中提取的細胞，稱為小鼠胚胎成纖維細胞(MEF)。他們使用DNA條形碼技術為每個MEF提供獨特的標簽，在重新編程期間跟蹤單個細胞并將其與其親本群體相關聯。他們還使用計算建模來幫助理解生成的復雜數據并進行在實驗室中測試的預測。

研究小組發現，在重新編程一周后，高達80%的原始細胞群被消除。在壓力重編程過程中，只有一小部分親代足以繁殖其克隆并轉變為干細胞。雖然這些細胞與其兄弟姐妹相比具有相似的基因組成和外觀，但它們更高的適應性使它們能夠產生更多后代，即以更高的頻率克隆自身。該團隊稱這些細胞為“精英克隆”。

“從廣義上講，細胞適應性是指細胞直接或間接地與其鄰居競爭的能力，”在唐納利中心完成博士研究并且是該文章的**作者的Nika Shakiba說。

“直接消除，一個細胞可以吞噬另一個細胞或釋放引發其死亡的化學物質。但也存在間接競爭，細胞競爭培養皿中有限的營養和空間池。這類似于類似的競爭生態。

這一新發現說明了干細胞界的爭論。一些研究人員認為，所有細胞都具有重新編程為胚胎干細胞樣狀態的能力，而另一些人認為只有特定細胞亞群具有這種精英能力。Shakiba說雖然雙方都有證據，但最新的研究有利于后者的解釋。

“(我們的研究)要求人們通過克隆動力學的視角來看待重編程現象 - 組成多細胞群體的克隆如何競爭以及這如何影響整體人群，”她說。

Zandstra的團隊與位于Donnelly中心的分子遺傳學教授Derek van der Kooy合作。通過使用由共同主要作者，分子遺傳學研究生Ahmed Fahmy開發的小鼠模型，作者能夠找到一系列具有Shakiba發現的“精英克隆”特性的MEF。這些細胞來源于被稱為神經嵴的胚胎的一部分，其在皮膚，神經元和平滑肌細胞的發育中起關鍵作用。研究人員假設神經嵴細胞“命中注定要適合”。

“他們很幸運，因此他們在重新編程比賽中占據了先機，”Shakiba說。“通過更早地達到預編程狀態，他們將比競爭對手更快地分裂。幾代之后，最初的開端變得更大。”

本文的研究結果對再生醫學也具有重要意義，包括干細胞用于制造特定組織的技術，然后將這些組織植入體內以修復損傷。

“讓我們說我們想要將干細胞群體注入體內以使心臟再生，”Shakiba說。“注射細胞能夠存活并融入天然組織的能力取決于這些細胞的競爭能力 - 適應性。除非我們對這些細胞如何競爭有所了解和認識，不僅是彼此競爭，而是與內源競爭我們現在注射它們的細胞，我們無法真正預測或控制它們在體內會做什么。“

“我對這項研究感到非常興奮，因為它教會了我們一些新的基礎知識，”贊德斯特說。“最終，它告訴我們，細胞競爭是一個可控制的參數，可以設計來影響動態再生過程的結果。

這一發現應該導致新的策略和技術在干細胞移植后重新組織體內組織，或者確定使細胞更容易在克隆性疾病如癌癥中競爭的方法。