中美学者PNAS：利用细胞力学获得干细胞

 最近，来自南京医科大学、首都医科大学和布法罗大学（UB）的科学家们，仅仅利用机械应力，将通常用作模型细胞的细胞（称为无限增殖化细胞），转换为干细胞样（stem-like）的细胞。他们没有采用以前可能有危险的技术（也可获到相似结果）。

 

研究人员使用“干细胞样”细胞这个术语，来描述组织培养中具有许多干细胞生化标记的细胞。今后研究的重点，将是确定它们是否能够分化。

 

相关研究结果最近发表在《PNAS》杂志。研究人员发现，通过改变组织培养中的神经元或其他类型细胞上的机械应力，可让它们重编程为“干细胞样”的细胞。

 

本文资深作者、UB生理学和生物物理学系的特聘教授Frederick Sachs表示：“在组织培养中的正常细胞类型是伸展开的，有分化的内部组织，但是改变细胞的力学，可使细胞变成球形的细胞集群，它们有很多干细胞的生化标记。”

 

本文第一作者、UB生理学和生物物理学系的助理教授Fanjie Meng开发的一种基因编码光学探针的发展，使得这项干细胞的研究进展成为可能。探针测量的是肌动蛋白的机械应力，肌动蛋白是存在于所有细胞的一个主要结构蛋白。肌动蛋白参与肌肉收缩和许多细胞过程，包括细胞信号转导、细胞如何形成和它们如何移动。

 

肌动蛋白探针将为研究人员提供一种方法，实时地研究机械应力如何影响活的细胞、组织、器官和动物。

 

Sachs解释说：“这种探针可让我们首次测量活细胞中肌动蛋白的应力。我们甚至在单个活细胞中看到了肌动蛋白微丝的应力梯度渐变。”

 

Sachs继续说：“现有大部分的生物力学都将要被重新考虑，因为许多研究认为应力是均匀的。肌动蛋白探针表明，干细胞中肌动蛋白纤维的张力，高于正常细胞。这让我们感到非常惊讶。”他补充说，虽然众所周知力学在细胞过程中发挥一定的作用，但是因为很少有方法能测量特定蛋白质的应力，因此对于细节我们还了解甚少。一个临床相关的例子就是转移性癌细胞——致命的细胞种类，具有不同于亲本肿瘤细胞的力学。

 

Sachs说：“这种探针将能够让癌症研究人员更好地了解，是什么使细胞变成转移性的？”

 

研究人员制备了表达这些探针的转基因动物（线虫和果蝇），表明这些探针对细胞无毒性，因此，可以在所有动物中进行研究。

 

该研究小组使用力学将正常细胞重编程为干细胞的一个主要优点在于，它无需结合特异DNA序列的化学转录因子，这些转录因子被证明是临床危险的。

 

他解释说：“临床上干细胞的使用一直是充满争议的，部分是因为必须使用有毒的转录因子。我们可以简单地通过改变细胞力学获得干细胞，将使干细胞疗法更接近于临床。”

 

干细胞已引起医学的广泛关注，因为它们能够分化为身体各种类型的细胞，能够再生和修复受损的组织。

 

本文共同作者还包括南京医科大学的郭军（Jun Guo）、首都医科大学的王跃秀（Yuexiu Wang）。该研究是由美国国立卫生研究院、美国国防部和布法罗儿童协会资助支持。