科學家誘導人干細胞形成復雜組織

　　最近，科學家開發出一種新的技術，可編程人類干細胞按需產生不同類型的組織，最終可能會允許研究人員為需要移植的患者，制備個性化的器官。

　　這項技術是由麻省理工學院（MIT）的研究人員開發的，對于在芯片上制備器官樣的組織，也有短期的影響，相關研究結果發表在1月6日的《Nature Communications》雜志。

　　根據這項研究的負責人、麻省理工學院生物工程系教授Ron Weiss介紹說，利用來自患者自己的干細胞按需制備器官，可以消除人們在移植手術中的漫長等待。它也可以降低患者免疫系統排斥移植的風險，因為組織是從患者自身的細胞生長而來的。

　　Weiss說：“想象一下，有一名患有肝臟并發癥的患者。我們可以取這名患者的皮膚細胞，然后將它們轉換成干細胞，再通過遺傳程序，使它們產生肝組織，并移植到病人體內。”

　　發育不全的器官

　　研究人員在嘗試使用干細胞來產生胰腺β細胞、用于治療糖尿病患者的過程中，開發了這項新技術。

　　為了做到這一點，研究人員需要設計一種方法，按需地將干細胞轉化為胰島β細胞。

　　在這一過程的第一步，他們采用人類誘導多能干細胞（IPS）——干細胞來自于成纖維細胞或皮膚細胞，并將它們轉換成“內胚層，”一個發育有機體的三種主要細胞類型中的一種。內胚層、中胚層和外胚層，組成了三個所謂的胚層，可產生全身幾乎所有不同類型的細胞。Weiss說：“它們是細胞分化真正的第一步。”

　　研究人員開發了一種方法，使用一種叫做dox的小分子，來誘導IPS細胞表達一個稱為GATA6的蛋白質。這個蛋白可以將IPS細胞轉化為內胚層。

　　該論文的第一作者、Weiss實驗室以前的博士后Patrick Guye并不是立即嘗試將這些內胚層細胞轉化為胰腺細胞，而是決定讓這些細胞繼續生長，以監測其進展情況。

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　　兩周后，研究人員發現，內胚層，和在細胞培養中也存在的一些中胚層，更加成熟，形成了一個肝“芽”，或小的未發育的肝臟。

　　Guye說：“我們觀察到，胎肝中的許多細胞類型開始發育，包括血管樣網絡、各種間充質前體的發育，以及早期紅細胞和白細胞在我們肝樣組織中的形成。這是特別令人興奮的，因為，如果不是發生在體內早期肝芽中，這個過程看起來是非常相似的。”

　　更重要的是，研究人員發現，只有那些IPS細胞一直被暴露在更多的遺傳編程中，并因此繼續產生更多的GATA6，成為肝組織。同時這些沒有產生許多GATA6的IPS細胞，反而進一步形成外胚層，然后進一步成熟，成為早期端腦或前腦。

　　Weiss說，通過控制細胞表達多少基因，研究人員能夠確定生成了多少肝芽和前腦組織。這表明，該技術可以用來生產不僅僅個別組織類型，而且還能生產不同組合的組織。

　　他說：“我們能夠產生內胚層、中胚層和外胚層，這一事實給了我們很大的希望，我們可以選取這些胚層中的每一種，并可能成長為我們想要的任何類型的組織。”

　　芯片肝臟

　　Weiss說，雖然還需要一段時間才能將該技術用于產生移植器官，但是，它可以被用來幾乎即刻地制備不同的人體組織，用以測試新的藥物。

　　他說，利用人體干細胞來源的器官組織，測試新的治療方法，可能遠比動物試驗更可靠，因為對一種藥物，不同的物種可能有不同的反應。

　　Weiss說：“該技術還可以允許臨床醫生進行患者特異性的藥物測試。如果你不確定你服用一種特定藥物之后是否會有并發癥，那么在你服用之前，你可以在自己的芯片肝臟上面進行嘗試。”

　　同樣地，芯片器官可以用來監測人們可能會服用的不同藥物之間的相互作用。

　　他說：“隨著人們年齡的增長，有些人將10、15或20種藥物組合在一起服用，然而，檢測所有這些藥物組合，對制藥公司來說是不可能的。但我們可以進行測試。”

　　除了這些治療應用之外，該技術還可以讓研究人員更好地了解不同類型組織（如肝和神經元）的發育。

　　英國卡蒂夫大學組織工程教授Bing Song并沒有參與這項研究，但是他指出，本文揭示了肝臟發育過程中干細胞相互作用的一些內在機制，并提供了一個有用的模型，可揭示胚胎發育過程中的復雜過程。

　　他說：“我的領域是將基因修飾的干細胞和物理刺激（電和磁場）結合起來，治療脊髓損傷和退行性疾病，本文給了我一些非常有用的想法。”

　　現在，研究人員希望調查，他們是否能夠使用這種技術來按需地生產其他器官，比如胰腺。