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Geek故事——山中伸弥与IPScell(诱导多能干细胞)

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山中伸弥(Shinya Yamanaka),1962年出生于日本大阪府,日本医学家,京都大学再生医科研究所干细胞生物系教授,大阪市立大学医学博士(1993年),美国加利福尼亚州旧金山心血管疾病研究所高级研究员。2012年,山中伸弥获得诺贝尔生理或医学奖。
山中伸弥是诱导多功能干细胞(iPScell)创始人之一。2007年,他所在的研究团队通过对小鼠的实验,发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞,为研究治疗目前多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用,因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。
ES细胞是通过破坏重复分裂的受精卵(胚胎)产生的,在伦理上存在问题。其次,ES细胞基本上只能使用其他人的细胞,所以即使培养出目标组织,移植后也无法避免排斥反应。而iPS干细胞的成功量产化,将能绕过这一问题。
图中央的那一坨就是聚集的IPS细胞

现在来讲一讲IPS诱导多能干细胞
众所周知,人类的生命从受精卵开始。它具有强大的近乎无限的增殖能力以及分化成所有种类的细胞的能力。因此,胚胎细胞是真正的“全能干细胞”。受精卵分化后形成ES干细胞(胚胎干细胞)这才是人们平常所认为的干细胞。而ES干细胞再次分化,形成各胚层干细胞,再形成各种终末分化细胞。从干细胞分化到终末分化细胞的过程被认为是不可逆的。
然而,细胞内部的遗传物质在所有细胞内是相同的,而且植物细胞具有全能性,即可以由终末分化细胞形成干细胞,那动物细胞是否具有类似的全能性呢?
答案是肯定的。
早在1962年,也即山中伸弥出生的那一年,英国的John Gurdon爵士(与山中伸弥共享诺贝尔奖)报道了他的惊人发现:把蝌蚪的肠细胞核移植到去核的蛙卵中,新细胞可以发育成蝌蚪。如果把杂合细胞发育到囊胚期,用囊胚期的细胞核再做一次核移植,那么就可以发育出可生育传代的成蛙。进一步地,为了说服人们接受终末分化的细胞核也具有多能性,他把成蛙不同组织的细胞进行体外培养,发现核移植后来源不同的杂合细胞都可以发育到蝌蚪阶段。1997年,Ian Wilmut和Keith Campbell基于同样的原理,把羊的乳腺细胞核移植到去核的羊卵中,成功地培育出了克隆羊多莉。2001年,科学家发现,通过与干细胞融合,胸腺细胞核获得了很大程度的重编程。
重编程类似于细胞的“重启”,是分化的逆向作用

通过一系列实验,山中伸弥发现已分化细胞在Oct3/4, Sox2, c-Myc,和 Klf4这四个基因诱导因子的影响下就能成功逆转成为和ES干细胞统一级别(事实上是类似)的iPS干细胞,并用小鼠的体细胞重编程的IPS干细胞成功培育了小鼠。
先到这里吧,下星期解释诱导因子的作用机制


  • 嘉sama
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生物geek


2025-06-28 17:47:19
广告
  • 小三金
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干细胞这种东西说来简单,要研究深入就搞不懂了


  • 幽翳星尘
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为了说服人们接受终末分化的细胞核也具有多能性
前文的例子不就有(未分化的)卵细胞(已经证明了)吗……


  • _安静安静就好
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es文件管理器⊙▽⊙


  • 清晨
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不明觉厉


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继续
IPS细胞的大课题:“癌化”的风险
山中伸弥等人制造IPS细胞的方法:
首先利用无毒化的病毒,向皮肤成细胞核内的DNA中,注入Klf4、Oct3/4、Sox2、c-Myc 这4种基因片段,这样,细胞就会产生以注入DNA为设计图的蛋白质。这些蛋白质与基因结合,影响其他基因的活动,从而促进细胞的初始化。继续进行培养的话,经过大概两个半月的时间就可以得到IPS细胞了。
但是这种方法也存在问题:它有癌化的风险。c-Myc是一种与癌细胞无限增殖能力密切相关的“癌基因”。虽然它不是初始化细胞必须的,但是它可以提高初始化的效率。现在研究人员正在寻求更多的改良方法,如将c-Myc换成其他可以提高效率的基因,或是其他不用基因的方法。
但是即使不用c-Myc,癌化的风险也并不能被完全消除。基因被人为地注入细胞后,原本拥有的DNA已经发生了一些微妙的变化。现在并不能完全排除这些微小的变化会导致癌化的可能性。
因此,在山中伸弥博士的团队的研究论文发表后,其他研究人员们又开发出了几种不用向DNA注入基因的方法。
以日本庆应义塾大学医学部福田惠一博士等人开发的方法为例。这种方法已经商品化。

福田博士的研究团队用“仙台病毒”培育出了IPS细胞。与山中博士用的“逆转录酶病毒”不同的是,仙台病毒虽然也可以将DN**段送进细胞,但不会注入到DNA中。
此外,福田博士用血液中的一种有免疫功能的T细胞来作为IPS细胞的来源,(只需要0.1ml血液)。并将其经过活性化处理,利用CytoTune RNA载体将四种基因片段翻译为蛋白质与DNA结合。这种方法培育IPS细胞大概需要25天,只是使用皮肤培育时间的1/3。但缺点是价格较高。
此外,还有利用人的头发(用病毒导入上述四种基因,来自美国萨克生物研究学院等)、人的智齿的一部分(用病毒导入除去c-Myc的三种基因,来自日本产业技术综合研究所等)、人的皮肤(用MicroRNA,日本大阪大学等)、白鼠的脑神经前驱细胞等(用病毒导入除去Klf4的三种基因,并用化合物代替Klf4,来自美国斯克利普斯研究所)
参考来源:《Newton科学世界》


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