哈佛大学的一位研究人员开发出一种制作多功能干细胞的方法,解决了用其治疗人类疾病的几个主要障碍。
德里克·罗西(Derrick Rossi)是哈佛医学院的助理教授,他创建的多功能干细胞——可以转变成人体中几乎任何其他类型的细胞——源自于非干细胞,而无需像传统方法那样,使用与细胞基因组镶嵌在一起的病毒。这意味着,罗西的方法在治疗疾病时大大地提高了安全性。这项工作发表在《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上。
“罗西想出了无需基因修饰,就可以将皮肤细胞转变成一个干细胞的方法,并有效地做到这一点,”哈佛干细胞研究所的共同主任道格·麦尔登(Doug Melton)在记者招待会上说,罗西也是这家研究所的首席研究员之一。
罗西的这项创新尚未进行人体测试,它是利用信使RNA代替DNA,生产重新编码细胞所需的四种蛋白质。罗西已经创建了一家名为ModeRNA的公司,将信使RNA的这种用途商业化。他说,这种方法可能具有基因治疗潜力,因为那也是要依靠病毒来运送治疗(基因),但他拒绝更深入地谈论该公司,以及可能的基因治疗应用,因为这项研究仍处于早期阶段。
提高人造干细胞的可用性是帮助患者的关键,也是结束放缓干细胞研究的政治泥沼的关键。不久前,美国联邦上诉法院允许联邦经费继续资助胚胎干细胞研究,同时一项抗议此类资助的法律诉讼案仍在进行中。
用于研究的人类胚胎干细胞大多来源于十年前生长的胚胎组织。它们是人体中最多才多艺的细胞,也是判断人造细胞的黄金标准。
四年前,日本科学家山中伸弥证实,正常细胞可以转化为人类胚胎干细胞——也称为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem, iPS) —— 通过引入四种特定的蛋白质。从理论上讲,这意味着,医生可以获取病人或残疾人的皮肤细胞,将其转化为干细胞,然后再转变成一种专门的细胞来治疗病人 —— 例如,治疗糖尿病人的胰岛细胞(可产生胰岛素),或是治疗瘫痪病人的神经细胞。使用iPS细胞避免了破坏胚胎,因为它们可以从患者的自身细胞衍生而来,这也意味着更少的排斥风险。
但是,采用山中伸弥的方法,每一千个甚至一万个皮肤细胞中,只有一个可以转化为干细胞。它也会改变细胞的基因,可能引发癌症或其他问题。
罗西的想法是用不同的方式生产山中伸弥的四种蛋白质。他不是使用DNA来表达制造蛋白质的指令,而是想用RNA。RNA通常携带那些指令到达细胞内蛋白质生成的部位。
他最初的几次尝试都惨遭失败。当他试图改变RNA承载的信息时,引发了严重的免疫反应,大部分细胞关闭或自毁了。罗西又试图化学性地修改RNA,最终想出一个办法,使他的修饰免于免疫反应,同时将信息传送到目标。“这是我们成功的关键,”罗西说,他也是波士顿儿童医院的研究员。“我们可以将任何我们想表达的蛋白质编码进RNA,然后插入到细胞中。”
罗西说,这是一个令人高兴的巧合,使用RNA而不用改变DNA,可以提高100倍的效率。他说,这种效果很可能是因为其过程更接近细胞本身的转换。
罗西成功地用RNA将他的干细胞分化成肌肉细胞,这个过程可能为基因治疗和其他治疗方法提供前景。他的方法并没有改变细胞的原本基因组,但是罗西承认,他还不了解这种方法对控制基因表达的细胞表观基因的影响。
罗西说,他将该细胞命名为RiPS,核糖核酸诱导多能干细胞(RNA induced Pluripotent Stem cells),它比传统的诱导多能干细胞更像胚胎干细胞,因为它们没有被改变基因。
梅尔顿说,现在,哈佛干细胞研究所(Harvard Stem Cell Institute,拥有几百位来自哈佛大学及其各附属医院的干细胞研究人员们)将要用罗西的方法来制造标准的iPS细胞。
在一份准备好的声明中,现在加州大学旧金山分校任职的山中伸弥表示,罗西生成干细胞的方法看起来前景光明,他愿意让他实验室的人员进行尝试。
“应该仔细检测用这种方法生成的诱导多能干细胞的质量,因为他们的特性随诱导方法和成果细胞来源的不同而不同,”他说。“为临床应用而生成iPSCs的标准方法尚未确立。我认为,这种方法有潜力(成为标准)。”
雅各·汉拿(Jacob Hanna)是剑桥怀特黑德研究所(Whitehead Institute)生物医学研究的博士后,他说,他也渴望用这种细胞开始工作。
“我认为,这是一个非常令人振奋的报告,一种非常有前途的方法,”汉拿说,他没有参与这项研究。当被问及他是否嫉妒罗西第首先开发了这个方法,汉拿说:“是的,当然!这是一篇非常好的论文,”他马上补充道,“(我是以)一种非常积极和支持的方式来嫉妒。”
制造干细胞的新方法
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