繼2007年將人類成人細胞轉化為幹細胞的方法這一激動人心的發現之後,隨之而來的是實際嘗試提高這種轉化效率的挫敗感。在建立誘導多能幹細胞(iPS細胞)的過程中,科學家通常只能使人類成纖維細胞(皮膚細胞)樣本的0.01%發生改變。
由中國廣州生物醫藥與健康研究院的裴端卿領導的一個研究小組發現,一種簡單的化學物質可以將效率提高100倍——即維生素C。
研究人員可以透過將基因或蛋白質引入成人細胞(通常使用病毒)來觸發向iPS細胞的轉化。一旦細胞變成多能細胞,它們就具有發育成體內任何細胞的能力,從而為修復受損器官和治療疾病帶來了希望。但是科學家們尚未找到理想的配方。“這是一項全球性的努力,旨在提高效率,並使之更實用,以便科學界更廣泛地參與,”裴說。
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在他們的努力中,裴和他的團隊首先意識到,誘導細胞變成多能性的因素正在導致細胞產生稱為活性氧(ROS)的自由基。“高水平的ROS對成纖維細胞絕對非常不利,”裴指出,因為它會加速細胞死亡。為了對抗ROS,裴的團隊在細胞的生長培養基中測試了各種抗氧化化學物質。透過對小鼠細胞進行實驗,該小組發現,含有維生素C的培養皿比不含維生素C的培養皿多出30%的小鼠細胞,這表明抗氧化劑有助於抵禦衰老的影響。
令人驚訝的是,維生素C不僅幫助細胞存活,而且還增強了它們向多能性的發展。14天后,當細胞開始完全變成多能細胞時,用維生素C培養的小鼠細胞中有10%到20%表達了與多能性相關的基因,而沒有維生素C培養的菌落中只有0.1%到0.2%。該小組在人類成纖維細胞重程式設計中也看到了類似的改進,其中抗壞血酸將轉化率從0.01%提高到1%。
研究人員在12月24日的《細胞-幹細胞》雜誌上發表了他們的發現,他們還測試了其他抗氧化劑,但沒有一種能像維生素C那樣促進多能性的發展。這讓裴相信,除了抗壞血酸的抗氧化特性外,還有一種尚未知的機制在起作用。儘管還需要更詳細的分析,但存在維生素C似乎不會引入負面的細胞變化。
“總的來說,我認為這是一個相當令人印象深刻的進展,”哈佛醫學院分子神經生物學實驗室主任金光洙評論道。儘管1%看起來效率不高,但可能足以顯著推動該領域的發展。“我們不需要產生50%的細胞,”金說,“只要我們能夠可重複地產生足夠數量的iPS細胞系。”