由新加坡國立大學(NUS)機械生物學研究所(MBI)GV Shivashankar教授和意大利FIRC分子腫瘤學研究所(IFOM)領導的*新研究表明，成熟細胞可以重編程為可重新部署的干細胞。沒有直接的遺傳修飾 - 通過將它們限制在一個確定的幾何空間中一段時間。
“我們的突破性研究結果將為組織工程和再生醫學開發新一代干細胞技術，可以克服地質操作的負面影響，”Shivashankar教授說。轉回蜂窩時鐘
自從科學家們首次證明成熟細胞可以在實驗室中重新編程成為能夠在體內發育成任何細胞類型的多能干細胞以來，已有十多年了。在那些早期研究中，研究人員通過引入重置細胞基因組程序的外部因素來遺傳修飾成熟細胞，基本上將時鐘轉回并使其恢復到未分化或非特化狀態。然后可以將所得的實驗室制造的細胞(稱為誘導多能干細胞(iPSC))編程到不同的細胞類型中，用于組織修復，藥物發現甚至生長用于移植的新器官。重要的是，這些細胞不需要從胚胎中收獲。
然而，主要的障礙是從iPSC發展的任何特化細胞在被引入體內后形成腫瘤的趨勢。為了解這種情況發生的原因，研究人員將注意力轉向了解干細胞分化和生長如何在體內受到調節，特別是在發育過程中細胞如何自然地恢復到未成熟干細胞樣狀態或轉變為另一種細胞類型，或在組織維護。
Shivashankar教授的研究小組已經證明，成熟細胞可以在體外重編程為多能干細胞，而不需要對成熟細胞進行遺傳修飾，只需將細胞限制在確定的生長區域即可。
重置成熟細胞
當成纖維細胞(在肌腱和韌帶等結締組織中發現的一種成熟細胞)被限制在矩形區域時，它們很快就呈現出基質的形狀(細胞所附著的表面或介質)。根據Shivashankar實驗室以前的工作，這表明細胞正在測量并響應其環境的物理特性，并將這些信息傳遞到核心，DNA包裝和基因組程序將相應地進行調整。
研究小組將細胞培養10天，直到它們形成球形細胞簇。對這些簇內細胞的遺傳分析顯示，第六天通常與成熟成纖維細胞相關的染色質(包裝DNA的濃縮形式)的特定特征丟失。到第10天，細胞表達通常與胚胎干細胞和iPSC相關的基因。研究人員現在已經了解到，通過長時間限制成熟細胞，成熟的成纖維細胞可以變成多能干細胞。
為了確認成纖維細胞確實被重新編程為干細胞，研究人員隨后將它們的生長高效率地導入兩種不同的特化細胞類型。一些細胞也被導回成纖維細胞。
重新定義干細胞技術
研究中使用的物理參數反映了細胞可以在體內暴露的瞬態幾何約束。例如，在發育過程中，幾何圖案和壁龕的建立對于功能組織和器官的形成是必不可少的。同樣，當組織因受傷或疾病而受損時，細胞會經歷突然的環境改變。在每種情況下，成熟細胞可以恢復為多能干細胞樣狀態，然后重新部署為用于修復或維持組織的特化細胞。
“雖然已經確定將干細胞限定在確定的幾何圖案和底物特性可以指導它們分化成特化細胞，但這項研究首次表明機械線索可以重置成熟細胞的基因組程序并使它們恢復到多能狀態，“Shivashankar教授解釋道。
他補充說：“使用幾何約束重新編程成熟細胞可能更好地反映身體內自然發生的過程。更重要的是，我們的研究結果使研究人員能夠高效地從成熟細胞中產生干細胞，而無需對其進行遺傳修飾。“
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