Nature：解密干細(xì)胞驚人異質(zhì)性
2022-08-15
干細(xì)胞(stem cells, SC)是一類(lèi)具有自我復(fù)制能力(self-renewing)的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞，這種多能性使得干細(xì)胞具有巨大的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)潛力。然而直到現(xiàn)在人們都難以確定整個(gè)細(xì)胞變化狀態(tài)過(guò)程干細(xì)胞發(fā)育調(diào)控的精確復(fù)雜性。
科學(xué)家們通過(guò)利用強(qiáng)大的新型單細(xì)胞遺傳分析技術(shù)，揭示出多能干細(xì)胞的變化遠(yuǎn)比以前所認(rèn)識(shí)的要多得多。這些發(fā)表在12月3日《自然》（Nature）雜志上的研究結(jié)果，使得多種不同類(lèi)型的干細(xì)胞應(yīng)用于疾病治療和再生治療又近了一步。
James Collins博士說(shuō)過(guò)，在干細(xì)胞群中單個(gè)細(xì)胞之間具有很大的差異。一直以來(lái)它都被視作是開(kāi)發(fā)可預(yù)測(cè)的干細(xì)胞工程學(xué)方法中存在的一個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在，他們發(fā)現(xiàn)人們從前認(rèn)為有問(wèn)題的差異性可能實(shí)際上對(duì)于我們能夠精確控制干細(xì)胞有利。
該研究小組還發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞多能狀態(tài)中有許多微小的波動(dòng)，它可以影響它將遵循的發(fā)育路徑。
將這些都考慮在內(nèi)，研究人員現(xiàn)在能夠更好地操控以及精確控制單個(gè)多能干細(xì)胞或干細(xì)胞群發(fā)育為哪些細(xì)胞和組織類(lèi)型。
“這項(xiàng)研究使得利用一些新技術(shù)來(lái)研究單個(gè)細(xì)胞成為了可能，使我們從前所未有的角度在單細(xì)胞水平上觀(guān)測(cè)了干細(xì)胞異質(zhì)性，”論文的共同主要作者、波士頓兒童醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院博士后研究人員Patrick Cahan說(shuō)。
通過(guò)采用多種變量擾亂多能干細(xì)胞，研究人員探究了它們的發(fā)育景觀(guān)。隨后，他們分析了每個(gè)細(xì)胞的遺傳組成，觀(guān)察了每個(gè)細(xì)胞多能狀態(tài)的微小波動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)內(nèi)部、化學(xué)和環(huán)境信號(hào)影響干細(xì)胞方式的許多細(xì)微差異，揭示出了復(fù)雜的發(fā)育調(diào)控因子“決策”回路。
論文的共同主要作者、Wyss研究所前博士后研究人員Roshan Kumar說(shuō)：“這些新興的單細(xì)胞方法使得我們能夠非常精確地對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類(lèi)，確定控制細(xì)胞狀態(tài)的調(diào)控回路。這項(xiàng)研究背后的真正動(dòng)力是要了解引起單個(gè)干細(xì)胞之間差異的原因和所導(dǎo)致的后果，以及細(xì)胞內(nèi)一些關(guān)鍵調(diào)控因子平衡對(duì)于細(xì)胞發(fā)育結(jié)局的影響。”
基于這些研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在研究人員相信有一個(gè)“密碼”將干細(xì)胞調(diào)控回路中動(dòng)態(tài)行為方式和細(xì)胞最終選取的發(fā)育途經(jīng)關(guān)聯(lián)起來(lái)。他們希望通過(guò)利用這一密碼能夠精確地調(diào)撥到特異的單細(xì)胞狀態(tài)，并利用它們來(lái)滿(mǎn)足各種目的，例如構(gòu)建出患者自身身體無(wú)法生成的某些細(xì)胞類(lèi)型。