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PNAS:再生醫學(xué)新突破!干細胞可定向誘導?

2017-11-23 來(lái)源:轉化醫學(xué)網(wǎng)  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:細胞體積不僅決定了細胞的剛度,更決定了細胞的命運。

   美國科學(xué)家發(fā)現,故意改變細胞的含水量調控細胞體積,影響細胞的硬度,這可能影響干細胞分化的方向,這一發(fā)現將大大影響未來(lái)干細胞在治療中的應用。

 
  這項由麻省理工(MIT)GuoMing博士和哈佛大學(xué)DavidWeitz博士領(lǐng)導的研究表明,在不考慮微環(huán)境的情況下,從小鼠間充質(zhì)干細胞(MSC)中除去水分使細胞縮小,其改變細胞的硬度并促使細胞分化為一種細胞類(lèi)型,而向細胞中加入水則會(huì )引起它們膨脹并分化為另一種細胞類(lèi)型。這項研究的結果為我們了解和應用干細胞的生物學(xué)特性增加了全新的思路。研究發(fā)表在美國科學(xué)院院報(PNAS),題為“CellVolumeChangethroughWaterEffluxImpactsCellStiffnessandStemCellFate”。
 
  細胞體積受到嚴格的調控,且影響許多細胞功能。細胞的體積在細胞生命周期的過(guò)程中發(fā)生變化,并隨著(zhù)細胞膜的生長(cháng)以及蛋白質(zhì)、DNA和其他細胞內容物質(zhì)的增加而變大。然而,細胞還可以在短短幾分鐘內通過(guò)吸收或釋放水分在大小和密度上發(fā)生快速變化。哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的這項最新研究最初著(zhù)重于了解體積對細胞特性和功能的影響,但他們現在不僅確定了細胞體積和細胞剛度之間的直接關(guān)系,還發(fā)現了細胞體積與細胞分化的命運有關(guān)。
 
  將細胞鋪展在基質(zhì)上,其體積減小,而剛度增加。細胞伴隨著(zhù)水分的流出體積減小,大分子物質(zhì)聚集。相反,限制細胞展開(kāi)的區域導致細胞體積增加。為了測試細胞體積和細胞硬度是否也可能影響干細胞的分化命運,研究人員給細胞提供支持干細胞分化成骨細胞或脂肪細胞的生長(cháng)培養基。首先,他們將正常小鼠的間充質(zhì)干細胞置于模擬骨細胞的剛性的硬化水凝膠底物中,在這種環(huán)境下,他們驚訝的發(fā)現細胞傾向于發(fā)育成為前骨細胞。然而,當培養條件變?yōu)榈蜐B時(shí),細胞吸收水分并膨脹,即使它們仍然處于剛性基質(zhì)中,但它們更傾向于分化成前脂肪細胞。類(lèi)似地,在軟水凝膠基質(zhì)上生長(cháng)的小鼠間充質(zhì)干細胞傾向于分化成前脂肪細胞,但是除去細胞水分使其體積減小時(shí),它們表現出分化成前骨細胞的傾向。結果表明,我們可以通過(guò)改變干細胞的體積來(lái)影響它們分化為成骨細胞或成脂細胞的命運。
 
  在最后一組實(shí)驗中,研究人員調查了誘導分化方向的化學(xué)因素是否也會(huì )觸發(fā)細胞體積的變化。他們在軟化水凝膠上培養小鼠間充質(zhì)干細胞(細胞通常偏向于往脂肪細胞分化),然后在培養媒介中加入推動(dòng)細胞分化成骨細胞的物質(zhì),在進(jìn)行成骨分化的過(guò)程中甚至分化過(guò)程開(kāi)始之前,細胞體積也出現減少。相反的,在剛性底物上培養的間充質(zhì)干細胞在化學(xué)誘導下形成脂肪細胞時(shí)體積增加。研究人員指出,這些結果表明細胞體積和干細胞分化強烈相關(guān)。
 
  皮層細胞和漿體細胞的體積(剛度)受多種因素的影響,這其中包括不同的底物剛度,細胞的延展面積和外部的滲透壓。而這項研究的觀(guān)察結果揭示了細胞剛度/體積與細胞生理之間存在著(zhù)令人驚訝的關(guān)系,而這種關(guān)系以前我們都不知道,這將強烈影響到細胞生物學(xué)的發(fā)展。麻省理工學(xué)院機械工程系GuoMing教授表示:“我們第一次開(kāi)始了解到細胞體積和細胞含水量對細胞機械性能和生理功能也存在著(zhù)重要的影響作用。”哈佛大學(xué)工程與應用科學(xué)學(xué)院Weitz教授則認為:“這些實(shí)驗觀(guān)察到細胞體積似乎對細胞有著(zhù)異乎尋常重要的影響。這令人十分驚訝!所以以后我們知道細胞體積不僅決定了細胞的剛度,更決定了細胞的命運。這些發(fā)現以后也可能用于人為干預細胞的分化,這對未來(lái)的生物技術(shù)來(lái)說(shuō)非常重要。”
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