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靶向細胞骨架可讓人干細胞更有效地分化為產(chǎn)生胰島素的細胞

2020-03-09 11:27來源:生物谷


在一項新的研究中,來自美國華盛頓大學圣路易斯醫(yī)學院的研究人員將人干細胞轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生胰島素的細胞(insulin-producing cell,下稱胰島素產(chǎn)生細胞),并在輸注這些細胞的小鼠中證實它們的血糖水平可以控制,并且可以在功能上治愈糖尿病達9個月的時間。相關研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上,論文標題為“Targeting the cytoskeleton to direct pancreatic differentiation of human pluripotent stem cells”。

    

論文通訊作者、華盛頓大學圣路易斯醫(yī)學院生物醫(yī)學工程學助理教授Jeffrey R. Millman博士說,“這些小鼠患有嚴重的糖尿病,它們的血糖水平讀數(shù)超過500mg/dL,這一水平對人來說可能是致命性的。當我們給它們注射胰島素產(chǎn)生細胞時,它們的血糖水平在兩周內(nèi)就恢復正常并保持這種狀態(tài)達數(shù)個月之久。”


幾年前,正是這些研究人員發(fā)現(xiàn)了如何將人干細胞轉(zhuǎn)化為可產(chǎn)生胰島素的胰島β細胞。當這些細胞遇到血糖時,它們就會分泌胰島素。盡管如此,以前的研究工作仍存在局限性,不能有效控制小鼠的糖尿病。


如今,這些研究人員發(fā)現(xiàn)他們開發(fā)的新技術可以將人干細胞更有效地轉(zhuǎn)化為能夠更有效地控制血糖的胰島素產(chǎn)生細胞。


Millman說,“當試圖將人干細胞轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生胰島素的β細胞(神經(jīng)元或者心臟細胞)時,一個常見的問題是你還會產(chǎn)生其他不需要的細胞。就β細胞而言,我們可能會得到其他類型的胰腺細胞或肝細胞。”其他類型的胰腺細胞和肝細胞(即非靶細胞)當植入小鼠體內(nèi)時不會傷害任何東西,但它們也不能抵抗糖尿病。


他說:“獲得的非靶細胞越多,治療上相關的細胞(即靶細胞)就越少。你需要大約10億個β細胞才能治愈一名糖尿病患者。但是,如果你制造的細胞中有四分之一實際上是肝細胞或其他胰腺細胞,那么你需要的不是10億個細胞而是12.5億個細胞,這使得治愈這種疾病變困難了25%。”


通過使用這種新技術,Millman團隊發(fā)現(xiàn)它產(chǎn)生的非靶細胞要少得多,而且獲得的β細胞具有改善的功能。這種技術靶向細胞骨架。細胞骨架決定了細胞的形狀,并使得細胞與其周圍的環(huán)境相互作用,從而將物理信號轉(zhuǎn)換為生化信號。


他說,“這是一種完全不同的方法。在此之前,我們需要鑒定出各種蛋白和因子并將它們添加到細胞中以觀察會發(fā)生什么。隨著我們更好地理解這些信號,我們已能夠讓這個過程的隨機性下降。”


了解這個過程使得Millman團隊能夠生產(chǎn)更多的β細胞。重要的是,這種新技術可以有效地適用于來自多個來源的人干細胞,從而極大擴展了它在疾病研究中的能力。


Millman說,“我們能夠制造出更多的β細胞,這些細胞在小鼠體內(nèi)發(fā)揮更好的功能,其中的一些小鼠可被治愈超過一年的時間。”


他解釋說,在將這種策略用于治療糖尿病患者之前,還有很多事情要做。他們將需要在較大的動物模型中對這些細胞進行較長時間的測試,并努力讓這一過程自動化,從而有望產(chǎn)生能夠幫助目前需要注射胰島素來控制糖尿病的數(shù)百萬患者的β細胞。不過這項新的研究仍在繼續(xù)當中。