科學家們已經展示了一種新的方法，可以將成年組織重程式設計為像胚胎幹細胞一樣多功能的細胞，而無需新增可能增加危險突變風險或癌症的額外基因。
自2006年首次報道所謂誘導多能幹（iPS）細胞的建立以來，研究人員一直在努力實現這一目標。此前，他們已設法使用小分子化合物減少所需的基因數量，但這些嘗試始終需要至少一個基因，即Oct4。
現在，研究人員在《科學》雜誌上發表文章，報告他們成功地僅使用化合物建立了iPS細胞，他們稱之為CiPS細胞。
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北京大學的幹細胞生物學家鄧宏奎及其團隊篩選了10,000個小分子，以找到該基因的化學替代品。雖然其他小組尋找可以直接替代Oct4的化合物，但鄧的團隊採取了間接方法：尋找在存在所有常用基因但Oct4除外的情況下可以重程式設計細胞的小分子化合物。
然後是最困難的部分。鄧說，當該小組將Oct4替代品與其他三個基因的替代品結合使用時，成年細胞沒有變成多能細胞，或者說沒有變成任何細胞型別的能力。
微調
研究人員對化學物質的組合進行了長達一年多的調整，直到他們最終找到了一種可以產生一些處於重程式設計早期的細胞的組合。但是這些細胞仍然缺乏表明多能性的標誌性基因。透過新增已知可以催化後期重程式設計階段的化合物DZNep，他們最終獲得了完全重程式設計的細胞，但數量很少。
另一種化學物質使效率提高了40倍。最後，使用七種化合物的混合物，該小組能夠使0.2％的細胞轉化，結果與標準iPS生產技術的結果相當。
該團隊透過將細胞引入發育中的小鼠胚胎中證明了這些細胞是多能的。在所得動物中，CiPS細胞已促成所有主要細胞型別，包括肝臟、心臟、大腦、皮膚和肌肉。
“人們一直想知道所有因素是否都可以用小分子代替。該論文表明它們可以，”馬薩諸塞州劍橋市懷特黑德生物醫學研究所的細胞生物學家，也是最早產生iPS細胞的研究人員之一的魯道夫·傑尼希說。傑尼希說，對CiPS細胞的研究可以深入瞭解重程式設計的機制。
青蛙的秘密
這項成就甚至可以幫助再生生物學家找出兩棲動物如何長出新肢。鄧的研究小組發現，一種指示多能性的基因Sall4在CiPS細胞重程式設計過程中的表達早於iPS細胞重程式設計。在青蛙再生失去的肢體時也觀察到同樣的Sall4參與——在再生之前，肢體中的細胞會去分化，這類似於重程式設計，而Sall4在這一過程中早期活躍。
印第安納州布盧明頓市印第安納大學研究器官再生的安東·內夫說，這項發現“為破譯導致肢體再生中Sall4表達的訊號通路提供了一個重要的框架”。
加利福尼亞州舊金山格萊斯頓研究所的重程式設計研究員盛丁說，這項研究標誌著該領域的“重大進展”，但他指出，除非該團隊能夠證明其可用於人類細胞而不僅僅是小鼠細胞，否則化學重程式設計不太可能被廣泛使用。包括使用RNA的方法在內的其他策略，可以完成重程式設計，並且與原始的iPS生成方法相比，干擾基因的風險更低，並且已經在人類中使用。實際上，使用透過這種方式獲得的iPS細胞進行的臨床試驗已經在計劃中。
鄧在他的方法應用於人類細胞方面取得了一些進展，但這需要調整。“也許需要一些額外的小分子，”他說。
如果該技術被發現對人類安全有效，則它可能對臨床有用。它不會引起突變的風險，並且化合物本身似乎是安全的——其中四種實際上已經在臨床使用中。小分子很容易透過細胞膜，因此可以在啟動重程式設計後將其洗掉。
本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於2013年7月18日首次發表。