血液干细胞是一种神奇的东西:隐藏在每个单个细胞内的是重建整个血液系统的力量,就像一种生物大爆炸。

然而,强大的力量越来越脆弱。一旦这些“母细胞”受到损害,就像白血病和其他血液疾病一样,治疗方案受到严重限制。

骨髓移植往往是生存的唯一机会。手术采用健康的捐赠者富含血液干细胞 - 并重新启动患者的血液系统。不幸的是,像器官移植一样,寻找一个匹配的捐助者在整个过程中发出挫折。

根据乔治·戴利博士在哈佛医学院,一个健康的兄弟姐妹在四分之一机会上给你一个。一个陌生人?百万分之一

20年来,科学家们一直试图找到一种方法来克服困难。有两项研究发表在自然这表明,他们可能“非常接近”利用患者自己的健康组织制造无限供应的血液干细胞。

“这一步开辟了一个机会,可以从遗传性血液疾病患者身上提取细胞,使用基因编辑来纠正他们的基因缺陷,制造出有功能的血细胞,”而不需要依赖捐赠者,Ryohichi Sugimura博士波士顿儿童医院的医生,他撰写了其中一个研究随着戴利。

使用一种被称为转录因子的七种蛋白质的神奇混合物,该团队将实验室制造的人类干细胞诱导成原始血细胞,这些原始血细胞能够自我补充和补充血液的所有成分。

第二学习由...领着萨因Rafii博士威尔康尔康奈尔医学院的干细胞科学家采取了更直接的路线,将成熟细胞从小鼠直接转化为自然同行中的真正血液干细胞。

“这是第一次研究人员检查了所有盒子并制造血液干细胞,”米克Bhatia博士在麦克马斯特大学,没有参与任何一项研究,“这是圣杯。”

教育血细胞

血液干细胞的生命始于依附在大血管壁上的一种特殊细胞——背主动脉。

在化学信号的指导下,这些细胞变成了“未成熟”的婴儿血液干细胞,如毛毛虫转化为蝴蝶。提示此分娩过程的确切条件仍然不清楚,是实验室生长血液干细胞如此难以制造的原因之一。

这些婴儿血液干细胞尚未完全重新启动血液系统。为了完全成熟,他们必须学会回应他们环境中的各种命令,如幼儿在造成世界的意义上。

一些科学家把这种学习过程比作上学,不同的外部线索就像“教科书”,训练婴儿的血液干细胞对身体做出正确的反应。

例如,他们应该在什么时候进行除法和乘法?什么时候它们应该放弃“干细胞性”,转而转化为携带氧气的红细胞或白细胞,即免疫防御者?

漫长的路

这两项新研究都旨在破解难以捉摸的课程。

在第一项研究中,Daley和团队从人体皮肤和其他被转变回干细胞的细胞(被称为“IPSC,”或诱导的多能干细胞)。虽然ipscs理论上有能力变成任何细胞类型,但是先前没有人曾经设法将它们转化为血液干细胞。

“很多人已经厌倦了,说这些细胞在自然界中不存在,你不能强迫它们变成其他任何东西,”Bhatia。

生物体中的所有细胞都存在相同的基因。但是,对于任何给定的细胞只有一部分基因被转化为蛋白质。这一过程赋予了细胞身份——可能是心脏细胞、肝细胞或血液干细胞。

Daley和团队专注于一系列转录因素。类似于光开关,这些蛋白质可以打开或关闭基因。通过研究血管通常如何生育血液干细胞,它们发现七种因素促使IPSC生长为未成熟的血液干细胞。

该团队使用一种病毒,将这些因子插入他们的诱导多能干细胞中,并将转化后的细胞注入小鼠的骨髓。这些老鼠被辐射杀死它们自己的血液干细胞,为实验室培养的人类替代物腾出空间。

以这种方式,Daley将未成熟的细胞暴露于血液干细胞的正常环境中的信号。骨髓就像一所学校一样,解释博士。Carolina Guibentif和Bertholdgöttgens在剑桥大学,他不参与该研究。

有效。在二十周内,实验室制造的血液干细胞已经完全成熟到能够使通常在人血液中发现的整个细胞范围的母细胞。更重要的是,当科学家们将这些细胞拿出来并将它们移植到第二个收件人中时,他们保留了他们的力量。

“与以前的方法相比,这是一个很大的进步。”Guibentif。

直接路线

相比之下,第二项研究采取了更直接的路线。基于发现这些细胞在发育过程中的血液干细胞通常变成血液干细胞的发现,Rafii和团队服用了鼠标血管的细胞。

有了一组四种转录因子,该团队直接将它们重新编程成婴儿血液干细胞,绕过了诱导多能干细胞阶段。

这些因素就像产科病房一样,允许血液干细胞诞生,Guibentif。

将它们增长到成年期,拉菲和团队将细胞放在一个支持血管“苗圃”的支持细胞的毯子上。在这些支撑细胞分泌的分子提示的指导下,血液干细胞成倍相和成熟。

当移植到没有正常免疫系统的短命小鼠体内时,这些细胞迅速发挥作用。20周后,注射疫苗后,小鼠产生了积极的免疫反应。更重要的是,他们可以健康地活1.5年——大致相当于60岁对于一个人。

无限的血液

Rafii特别兴奋地用他的系统终于破解干细胞学习课程。

如果我们能够弄清楚同轴电池划分和成熟的因素,我们可能能够解开他们寿命的秘密,并在一道菜中制造全面的血液干细胞

吉本提夫称这两项实验都是“突破”“这是人们一直在努力实现的事情。”

然而,她指出,这两项研究都有警告。其中最大的一个是癌症。将成熟细胞转化为干细胞的转录因子赋予了它们高效繁殖的能力——这是癌细胞的一个特征。更重要的是,用于将这些因子插入细胞的病毒也可能在不经意间开启致癌基因。

也就是说,两个研究小组都没有发现血癌风险增加的证据。Guibentif也承认未来的研究可以使用Crispr代替转录因子按需将细胞转化为血液干细胞,进一步降低风险。

该技术还必须提高效率,以使实验室培养的血液干细胞具有成本效益。人类使用还需要很多年,Guibentif。

即便如此,研究即使是批评者最具愤世嫉俗的态度。

20年后,我们终于“诱人地接近在一道菜中产生真正的人体血液干细胞”,“戴利。

图片来源:池塘5.