新研究將干細胞產生的β細胞產率從30%提高至80%

在一項新的研究中，來自美國哈佛大學等研究機構的研究人員通過使用生物和物理分離方法富集樣品中的β細胞，對一種將干細胞轉化為產生胰島素的β細胞的實驗室過程進行了改進。這一發現可能可用于改善針對1型糖尿病患者的β細胞移植。相關研究結果于2019年5月8日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Charting cellular identity during human in vitro β-cell differentiation”。論文通訊作者為哈佛大學的Douglas Melton博士。

2014年，Melton驗室**證實了干細胞能夠轉化為功能性β細胞，這就為患者提供自己的胰島素來源邁出了一大步（Cell, 2014, doi:10.1016/j.cell.2014.09.040）。在這種初始的轉化過程中，β細胞占最終細胞混合物的30％。

論文**作者、Melton驗室研究生Adrian Veres說，“要從30％提高，我們需要真正了解剩下的70％的細胞。直到最近，我們才能拿出我們的細胞樣品，了解那里存在哪些細胞類型。如今，隨著單細胞測序的革命，我們能夠從一無所知到給出完整的細胞類型清單。”

兩步富集

Melton說，“我們采用了單細胞測序和分子生物學技術來描述我們能夠利用干細胞制造出的細胞類型。這種操作的開始總是要知道自己在處理什么。”

細胞含有一套相同的基因，但是細胞類型的不同取決于哪些基因是活躍的或表達。這些研究人員使用單細胞測序來鑒定數萬個細胞中表達的完整基因目錄。然后，他們根據細胞的表達模式對它們進行分組。

正如所料，一些細胞具有與產生人胰腺激素的細胞---產生胰高血糖素的α細胞和產生胰島素的β細胞---相似的基因表達模式。（出乎意料的是，這些研究人員還發現了一種產生神經遞質血清素的新型細胞。）

這些研究人員還發現了一種僅在β細胞上表達的蛋白，即CD49a。這意味著他們可以將它作為一種生物“鉤子”來從這種細胞混合物中捕獲β細胞。

來自Semma Therapeutics公司的科學家們開發出第二種富集β細胞的方法：通過物理收集分離細胞混合物中的所有β細胞，隨后讓它們聚集在一起。這種聚集富集了β細胞的數量。它基于這樣的假設：產生激素的細胞彼此之間的吸引力要大于不產生激素的細胞。總之，這兩種方法將發生轉化的干細胞樣品中的β細胞純度從30％提高到80％。

論文共同作者、Semma Therapeutics公司細胞生物學研發副總裁Felicia Pagliuca說，“當我們致力于將干細胞衍生的β細胞植入患者體內時，更純的細胞混合物意味著我們能夠使用更小的微創設備來遞送相同數量的功能性細胞。”

優化細胞混合物

控制細胞混合物中的β細胞百分比的能力是這項研究的關鍵發現。如今，這些研究人員能夠專注于細胞類型的**混合。

Veres說，“如今，我們面臨的**問題是80％的β細胞是否是我們想要的。也許你需要更多的其他細胞類型來協助調節β細胞，這樣它們能夠正常運作。我們將找出這些細胞類型之間如何發生相互作用。”