干細(xì)胞培養(yǎng)制造技術(shù)新進(jìn)展！

干細(xì)胞培養(yǎng)制造技術(shù)新進(jìn)展！
 
干細(xì)胞是一種能夠長(zhǎng)期存活，且具有不斷自我繁殖能力和多向化潛能，幾乎存在于所有組織中的原始細(xì)胞。近年來(lái)隨著科學(xué)家們研究的深入，干細(xì)胞在血液系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、自身免疫系統(tǒng)疾病以及內(nèi)分泌疾病等各種疾病的治療上讓人們看到了希望。
干細(xì)胞技術(shù)是當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究前沿也是熱門的方向之一，近年來(lái)發(fā)展迅猛，也取得了令人興奮的成果；同時(shí)科學(xué)家們?cè)诟杉?xì)胞的培養(yǎng)制造上也取得了巨大的成就，近日刊登在Cell Stem Cell上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來(lái)自麻省總醫(yī)院的科學(xué)家就開(kāi)發(fā)出了一種新程序，該程序或許會(huì)*改變成人干細(xì)胞的培養(yǎng)程序。
本文中，小編就對(duì)干細(xì)胞制造培養(yǎng)的新技術(shù)或進(jìn)展進(jìn)行了盤點(diǎn)，與大家一起分享。
【1】SCTM：開(kāi)發(fā)出生產(chǎn)成體干細(xì)胞的方法
doi：10.5966/sctm.2011-0022
澳大利亞昆士蘭大學(xué)科學(xué)家在世界上開(kāi)發(fā)出生產(chǎn)成體干細(xì)胞的方法，這一研究成果將深刻影響著患有一系列嚴(yán)重性疾病的病人。
這項(xiàng)研究是包括昆士蘭大學(xué)澳大利亞生物工程和納米技術(shù)研究所在內(nèi)的多家研究機(jī)構(gòu)合作開(kāi)展的，由昆士蘭大學(xué)臨床研究中心教授Nicholas Fisk領(lǐng)導(dǎo)。
間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells， MSCs)能夠被用來(lái)修復(fù)骨骼和潛在性地修復(fù)其他器官。這項(xiàng)研究揭示一種生產(chǎn)間充質(zhì)干細(xì)胞的新方法。
Fisk教授說(shuō)，“我們使用一種小分子SB431542---一種轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β (transforming growth factor-β， TGF-β)途徑抑制劑---誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞10天(就可產(chǎn)生間充質(zhì)干細(xì)胞)，產(chǎn)生速度要比文獻(xiàn)中報(bào)道的其他研究快得多。這種技術(shù)也可適用于較少引起爭(zhēng)議的誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cell， iPSC)。”
【2】Biofabrication：三維打印人胚胎干細(xì)胞取得重大突破
DOI：10.1088/1758-5082/5/1/015013
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自蘇格蘭的一個(gè)研究小組使用一種新的三維打印技術(shù)來(lái)排布人胚胎干細(xì)胞(human embryonic stem cells， hESCs).相關(guān)研究結(jié)果于2013年2月5日發(fā)表在Biofabrication期刊上，論文標(biāo)題為"Development of a valve-based cell printer for the formation of human embryonic stem cell spheroid aggregates".這一突破有望允許人們利用hESCs構(gòu)建三維組織和結(jié)構(gòu)，從而加快和改善藥物測(cè)試過(guò)程.
在生物制造領(lǐng)域，通過(guò)結(jié)合人工固體結(jié)構(gòu)和細(xì)胞來(lái)制造三維組織和器官在近幾年取得巨大進(jìn)展.然而，在大多數(shù)之前的研究中，動(dòng)物細(xì)胞被用來(lái)測(cè)試不同的打印方法以便制造這些結(jié)構(gòu).
論文共同作者、蘇格蘭赫瑞瓦特大學(xué)研究員Will Wenmiao Shu博士后說(shuō)，"據(jù)我們所知，這是第1次打印hESCs.利用hESCs制造三維結(jié)構(gòu)將允許我們構(gòu)建出更準(zhǔn)確的人組織模型，而這些人組織模型是在體外進(jìn)行藥物開(kāi)發(fā)和毒性測(cè)試所必需的.因?yàn)榇蠖鄶?shù)藥物開(kāi)發(fā)都是針對(duì)人類疾病，所以使用人組織是有道理的."
長(zhǎng)期而言，這種新的打印方法可能為整入hESCs到人工構(gòu)建的器官和組織奠定基礎(chǔ)，其中這些人工器官和組織準(zhǔn)備被移植到患有不同疾病的病人體內(nèi)。
【3】Biofabrication：手持式3D“打印筆”可打印出人類干細(xì)胞
doi：10.1088/1758-5090/8/1/015019
近日，刊登于雜志Biofabrication上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來(lái)自澳大利亞的研究人員通過(guò)研究，利用一種手持式的3D打印筆在自由模式下成功繪制出了具有較高生存率的人類干細(xì)胞。研究者開(kāi)發(fā)的這種新型設(shè)備可以幫助外科醫(yī)生在手術(shù)期間進(jìn)行個(gè)性化的軟骨移植。
研究者指出，利用水凝膠式的“生物墨水”來(lái)攜帶并且支持人類干細(xì)胞生長(zhǎng)，并且利用較低的光源來(lái)凝固“生物墨水”這種打印筆運(yùn)輸?shù)母杉?xì)胞的存活率就會(huì)超過(guò)97%。而這種新型的3D打印筆同時(shí)也為組織工程學(xué)研究帶來(lái)極大幫助，比如其可以逐層打印出細(xì)胞，用來(lái)構(gòu)建可供移植的人工組織。
但在某些情況下，比如進(jìn)行軟骨修復(fù)的過(guò)程中，植入物的幾何學(xué)特性或許就不能夠被應(yīng)用于外科手術(shù)中，這就使得進(jìn)行人工軟骨組織移植物的前準(zhǔn)備工作變得復(fù)雜而且困難；新型打印筆的作用就好像外科醫(yī)生的手一樣，可以將定做好的支架或移植物準(zhǔn)確填入患者機(jī)體缺失的部位。研究者Choong教授說(shuō)道，這種新型設(shè)備的開(kāi)發(fā)是科學(xué)家和臨床醫(yī)生共同努力的成果，對(duì)于改善研究以及患者的治療將帶來(lái)的改變。
【4】Nature Materials：將細(xì)胞“擠壓”成為干細(xì)胞
DOI：10.1038/nmat4536
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）科學(xué)家們近開(kāi)發(fā)出一種新的方法，幫助細(xì)胞變成可用的干細(xì)胞。這種方法涉及使用凝膠來(lái)"擠壓"細(xì)胞，為大規(guī)模生產(chǎn)醫(yī)學(xué)用途的干細(xì)胞鋪平了道路。
干細(xì)胞目前處于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的前沿。它們能夠轉(zhuǎn)化為不同器官的細(xì)胞，有望為治療一系列損傷和疾病提供新的方法。但以標(biāo)準(zhǔn)化的方式生產(chǎn)正確類型的干細(xì)胞仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。EPEL科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出一種凝膠，通過(guò)三維"擠壓"細(xì)胞成型，提升細(xì)胞重編程為干細(xì)胞的能力。這項(xiàng)研究2016年1月11日在線發(fā)表于《Nature Materials》期刊，新技術(shù)還可以輕松地?cái)U(kuò)大干細(xì)胞生產(chǎn)，工業(yè)規(guī)模地進(jìn)行各種應(yīng)用。
干細(xì)胞有不同的類型，其中特別吸引醫(yī)學(xué)興趣的是"誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）"。這些干細(xì)胞源于基因重編程的成熟、成人細(xì)胞，表現(xiàn)為干細(xì)胞樣。iPSCs可以再生為一系列不同的細(xì)胞類型，比如肝、胰、肺、皮膚等細(xì)胞。
【5】Cell Stem Cell：開(kāi)發(fā)出在體外長(zhǎng)期培養(yǎng)成體干細(xì)胞的方法
doi：10.1016/j.stem.2016.05.012
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)麻省總醫(yī)院（MGH）等機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出的一種新方法可能引發(fā)成體干細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域變革。研究人員描述了獲得來(lái)自在日常治療肺部疾病期間收集的各種組織樣品中的氣道干細(xì)胞（airway stem cell），并對(duì)它們進(jìn)行增殖。這種方法似乎也可用于幾種其他的組織，如皮膚、胃腸道內(nèi)壁和生殖道。相關(guān)研究結(jié)果于2016年6月16日在線發(fā)表在Cell Stem Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Dual SMAD Signaling Inhibition Enables Long-Term Expansion of Diverse Epithelial Basal Cells”。
“這種新方法為研究哮喘或慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease， COPD）等任何一種氣道疾病開(kāi)辟了新途徑”，論文通信作者、MGH再生醫(yī)學(xué)中心科學(xué)家、哈佛醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)副教授Jayaraj Rajagopal博士說(shuō)，“盡管我們?cè)谶^(guò)去僅能夠允許成體干細(xì)胞增殖幾代，但是如今我們能夠在多家實(shí)驗(yàn)室持續(xù)幾年培養(yǎng)出足夠多的成體干細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)。我們的方法也是非常簡(jiǎn)單的，避免了之前培養(yǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得很多實(shí)驗(yàn)室更容易采用它。”
【6】Nat Commun：三種干細(xì)胞制造技術(shù)被證安全
doi：10.1038/ncomms10536
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute， TSRI）和克雷格文特爾研究所（J. Craig Venter Institute， JCVI）等多家機(jī)構(gòu)的研究人員證實(shí)制造臨床使用的多能干細(xì)胞的方法不可能將致癌基因突變傳遞給患者。相關(guān)研究結(jié)果于2016年2月19日發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標(biāo)題為“Whole-genome mutational burden analysis of three pluripotency induction methods”。這項(xiàng)研究是評(píng)估快速發(fā)展中的干細(xì)胞療法對(duì)病人安全性的重要一步。
這項(xiàng)新的研究著重關(guān)注在病人體內(nèi)使用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSCs）的安全性。因?yàn)閕PSCs能夠分化成體內(nèi)任何一種類型的細(xì)胞，它們有潛力修復(fù)因擦傷或諸如帕金森病和多發(fā)性硬化癥之類的疾病帶來(lái)的損傷。
與JCVI 人類生物學(xué)部門主任Nicholas J. Schork 教授一起領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)新研究的TSRI發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)教授Jeanne Loring說(shuō)，“我們想知道對(duì)細(xì)胞進(jìn)行重編程是否讓它們?nèi)菀装l(fā)生突變。答案是‘不’。”
【7】Nature：救命！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)造血干細(xì)胞的新方法
DOI：10.1038/nature17665
麥克馬斯特大學(xué)干細(xì)胞和癌癥研究所（McMaster University's Stem Cell and Cancer Research Institute）研究人員在理解人類血液系統(tǒng)干細(xì)胞方面取得了重大進(jìn)步，他們發(fā)現(xiàn)了一種關(guān)鍵蛋白質(zhì)如何允許這些細(xì)胞更好的控制和再生。
這項(xiàng)研究發(fā)表于《Nature》期刊，闡明了一種被稱為Musashi-2的蛋白質(zhì)如何調(diào)節(jié)重要造血干細(xì)胞的功能和發(fā)育。
研究發(fā)現(xiàn)提供能夠被用于控制這些干細(xì)胞生長(zhǎng)的新策略。這些細(xì)胞可用于治療一系列致命疾病，但通常非常短缺。
該研究資深作者Kristin Hope是干細(xì)胞和癌癥研究所研究員、麥克馬斯特大學(xué)生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系助理教授。其他合作者還包括來(lái)自加州大學(xué)圣迭戈分校、多倫多大學(xué)和蒙特利爾大學(xué)的研究人員。
Hope表示，這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)成千上萬(wàn)遭受一系列血液疾病侵襲的患者產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，包括白血病、淋巴瘤、再生障礙性貧血、鐮狀細(xì)胞病等。
【8】PNAS：科學(xué)家研發(fā)出第1個(gè)成體誘導(dǎo)性專能干細(xì)胞
4月4日，來(lái)自于新南威爾士大學(xué)（UNSW）的研究團(tuán)隊(duì)在期刊PNAS上發(fā)表一篇文章，開(kāi)發(fā)出一個(gè)革命性干細(xì)胞修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)能夠成功將脂肪和骨骼細(xì)胞重新誘導(dǎo)成專能干細(xì)胞，并有望應(yīng)用于包括脊柱損傷、骨折在內(nèi)的人體損傷治療中。
這一技術(shù)類似于蠑螈肢體再生，其突出的成就在于，將成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變成誘導(dǎo)性專能干細(xì)胞（iMS cells），而且iMS細(xì)胞具備自我更新、分化成多種類型的細(xì)胞的功能。這種iMS細(xì)胞能夠治療因?yàn)榧膊　⑺ダ匣蛘咄鈧l(fā)的人體損傷，將革新再生醫(yī)學(xué)治療機(jī)體損傷的現(xiàn)狀。
誘導(dǎo)性專能成體干細(xì)胞（iMS）：能夠自我更新修復(fù)、分化成多類型細(xì)胞。
根據(jù)所處發(fā)育階段，干細(xì)胞可分為胚胎干細(xì)胞（ES cells，具有分化成完整個(gè)體的能力）和成體干細(xì)胞（somaticstem cells）兩種。而成體干細(xì)胞具有分化成特定細(xì)胞的功能，并不能夠分化成多種細(xì)胞類型。而PNAS發(fā)表的這一技術(shù)的突破性在于，誘導(dǎo)性專能干細(xì)胞能夠分化成多類型的細(xì)胞。
【9】PNAS：成體脂肪細(xì)胞能夠分化形成多能性干細(xì)胞，或可用于組織損傷修復(fù)
新聞閱讀：New stem cell treatment using fat cells could repair any tissue in the body
澳大利亞科學(xué)家們通過(guò)將成體骨骼或者脂肪細(xì)胞進(jìn)行重編程，獲得能夠分化成任何組織的干細(xì)胞，從而修復(fù)機(jī)體的受損組織器官。
這些研究者們根據(jù)"蜥蜴能夠再生四肢"這一現(xiàn)象獲得靈感，開(kāi)發(fā)出能夠?qū)⒊审w細(xì)胞回歸干細(xì)胞狀態(tài)的技術(shù)并且獲得分裂與多向分化的潛能--即多能性干細(xì)胞。這意味著這部分細(xì)胞能夠修復(fù)機(jī)體的任何部位的損傷：包括脊髓、關(guān)節(jié)以及肌肉退化等等。該研究的意義在于，此前從未有成功將成體干細(xì)胞分化成多種類型的組織的報(bào)道。
"這一技術(shù)在干細(xì)胞治療領(lǐng)域?qū)儆诟锩缘倪M(jìn)步，此前從未有證據(jù)證明成體干細(xì)胞能夠直接分化形成組織"。來(lái)自新南威爾士州大學(xué)的研究員John Pimanda說(shuō)道。"我們目前正在研究成體的脂肪細(xì)胞能夠通過(guò)重編程技術(shù)成為誘導(dǎo)型多能性干細(xì)胞，進(jìn)而修復(fù)小鼠的組織損傷。預(yù)計(jì)2017年能夠進(jìn)入臨床試驗(yàn)"。
【10】Nature：重大突破！制造出人單倍體胚胎干細(xì)胞！
doi：10.1038/nature17408
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和紐約干細(xì)胞基金會(huì)研究所的研究人員成功地產(chǎn)生一種新類型的胚胎干細(xì)胞，它只攜帶單拷貝人類基因組，而不是通常在正常干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)拷貝人類基因組。相關(guān)研究結(jié)果于2016年3月16日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Derivation and differentiation of haploid human embryonic stem cells”。
這項(xiàng)研究中描述的這種單倍體胚胎干細(xì)胞是第1個(gè)已知的能夠通過(guò)細(xì)胞分裂產(chǎn)生攜帶親本細(xì)胞基因組單拷貝的人子細(xì)胞。
人類細(xì)胞被認(rèn)為是雙倍體的，這是因?yàn)樗鼈冞z傳兩套染色體，總共46條染色體，其中23條來(lái)自母親，23條來(lái)自父親。唯1的例外就是生殖細(xì)胞（卵子和精子），它們是單倍體細(xì)胞，含有一套染色體，即23條染色體。這些單倍體細(xì)胞不能通過(guò)分裂產(chǎn)生更多的卵子和精子。
之前利用人卵細(xì)胞產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞的努力可導(dǎo)致雙倍體干細(xì)胞產(chǎn)生。在這項(xiàng)研究中，研究人員促進(jìn)未受精的人卵細(xì)胞發(fā)生分裂。他們?nèi)缓罄靡环N熒光染料標(biāo)記DNA，分離出這些單倍體胚胎干細(xì)胞，其中它們散落在更多的二倍體細(xì)胞中間。