PNAS發表再生醫學新突破

　　來自麻省總醫院(MGH)的研究人員利用人類誘導多能干細胞(iPSCs)衍生的血管前體細胞，在動物模型中生成了功能性的血管，這些血管維持了長達9個月。在發表于《美國科學院院刊》(PNAS)雜志上的研究報告中，研究人員描述了利用來自健康成人以及1型糖尿病個體的iPSCs，在小鼠大腦外表面或皮膚下生成血管的過程。

　　論文的共同資深作者、麻省總醫院Steele 腫瘤生物學實驗室主任Rakesh Jain 博士說：“發現讓成熟細胞恢復到可分化為多種不同組織類型的‘干細胞樣’狀態的新方法，為細胞再生醫學帶來了巨大的潛力，但如何將這些iPSCs衍生為功能性的細胞仍然是一個極大的挑戰。我們的研究小組開發了一種有效的方法，利用人類iPSCs生成了血管前體細胞，然后再利用這些細胞在活體小鼠中構建出了工程血管網絡。”

　　能夠再生或是修復血管對于治療心血管疾病和其他由血管損傷引起的疾病，如糖尿病血管并發癥等具有極其重要的意義。此外，還可為新生組織提供血管供應，這是當前致力于通過組織工程學構建出實體器官所面臨的最大障礙之一。

　　以往的一些研究成功利用iPSCs生成了構建血管所需的內皮細胞，但將這些細胞導入到動物模型中卻無法形成持久的血管。“在這一項目的早期階段，我們面臨的最大挑戰是要建立一種可靠的實驗方案來生成內皮細胞系，其可以產生大量的前體細胞，來生成堅固的、耐久的血管，”共同資深作者Dai Fukumura說。

　　麻省總醫院研究小組采用了一種最初用于人類胚胎干細胞(hESCs)衍生內皮細胞的方法。這種方法是利用一個單一的蛋白質標記來鑒別血管祖細胞。而在新研究中，研究人員分選出了不僅表達這一蛋白，還表達另外兩種血管潛力蛋白質標記物的iPSC衍生細胞。隨后，利用該研究小組成員從前開發的一個可使 hESCs分化為內皮細胞的培養系統擴大了這一細胞群，并證實只有表達三種標記物的iPSC衍生細胞可以生成具有充分潛能形成血管的內皮細胞。

　　為了檢測這些細胞生成功能性血管的能力，他們將表達三種標記物的iPSC衍生內皮前體細胞與間充質前體細胞(可生成必要的結構細胞)一起移植到了小鼠大腦的表面。在兩周內，移植細胞形成了血液灌注血管網絡，看起來與鄰近的天然血管一樣發揮了功能，并在活體動物體內持續發揮功能長達280天。當研究人員在小鼠皮膚下移植兩種前體細胞群時也生成了功能性的血管，但它需要的移植細胞量增大了5倍以上，并且血管的壽命短，這一結果與該研究小組以往在這兩個位點開展的血管生成研究結果相一致。

　　由于1型糖尿病(T1D)患者常有血管損傷，能夠生成新的血管有可能使他們受益，研究人員想要確定由這些患者的細胞衍生的iPSCs，是否能夠幫助生成功能性的血管。結果顯示，來自健康個體的細胞，以及由1型糖尿病患者iPSCs衍生的前體細胞都能夠生成功能性的、持久的血管。但研究人員注意到，不同的T1D-iPSCs細胞系(包括來自同一患者的不同細胞系)在細胞生成潛力上顯示出差異，表明還需要更深入地了解潛在的機制。

　　共同主要作者Rekha Samuel 博士說：“從修復心臟或大腦的損傷血管供應，到阻止糖尿病血管并發癥導致的截肢，iPSC生成的血管其潛在應用非常的廣泛。但我們首先需要應對諸如 iPSC細胞系差異性等挑戰，以及應用這些細胞存在的長期安全性問題，這些也是全世界的科學家們都在致力解決的問題。我們還需要找到更好的方法來操控特定器官和功能所需的特異內皮細胞類型。”