破解三把锁需要两把钥匙才能更好地设计血管

宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，用干细胞改造的血管可以帮助解决几个研究和临床问题，从潜在地提供一个更全面的平台来筛选候选药物是否可以从血流进入大脑，到开发实验室培育的血管组织来支持心脏移植

在生物医学工程和生物学副教授Lian Xiaojun“Lance”的带领下，该团队发现了特定的分子信号，可以有效地将新生干细胞成熟为构成血管的内皮细胞，并调节与血流的交换

研究人员在《干细胞报告》上发表了他们的发现。该团队已经拥有10年前开发的基础方法的专利，并为本文所述的扩展技术提交了临时申请

研究人员发现，通过应用两种蛋白质，他们可以实现高达92%的内皮细胞转化率&mdash；SOX17和FGF2&mdash；涉及人类多能干细胞。这种类型的干细胞是研究人员从联邦政府批准的干细胞系中提取的，如果提供正确的蛋白质或其他生化信号，它几乎可以分化为任何其他细胞类型。SOX17和FGF2与干细胞中的三种标记物结合，触发生长级联反应，不仅将干细胞转化为内皮细胞，而且使干细胞能够在培养皿中形成管状血管

Lian说，更有效的分化和实验室培养的血管可以让研究人员培养人工血脑屏障，以测试正在开发的神经药物。其他最终的临床应用可能包括在心脏损伤后重建血管结构

“治疗脑部疾病的药物需要通过血脑屏障才能有效，”连说。血脑屏障是一层充满血管的膜，它调节血液进入大脑的物质。“我们的细胞可以在培养皿中形成一个紧密的层，我们可以在上面添加各种化学物质，看看它们是如何通过的。”

接下来，Lian说，该团队将与行业合作伙伴合作，推进人工血脑屏障，并开始测试各种药物。然而，要达到这一点，需要十年的时间来研究干细胞如何转化为内皮细胞的分子机制

Lian说：“2014年，我们发表了一项使用小分子的方案，该方案可以帮助细胞在大约20%的时间内分化，但我们现在发现，只有一个基因SOX17就足以将大约80%的细胞分化为内皮细胞。”。“这是完全未知的。”

在他们之前的干细胞分化过程中，低效率导致了细胞群体的异质性，使他们难以分类，也难以获得足够的干细胞用于其他研究或临床应用。廉解释说，研究人员知道其中一些细胞是内皮细胞，但他们无法预测其他细胞类型

为了使种群更加同质，研究人员检查了这一过程中发挥作用的蛋白质。他们首先注意到细胞在分化过程中表达SOX17，因此他们消除了细胞表达该蛋白的能力，并分析了其缺失如何改变功能

“在降低SOX17的表达之前，大约20%的干细胞会变成内皮细胞，”Lian说，“之后，分化最多下降到5%左右。我们发现SOX17是这个过程所必需的。这是一个幸运而令人惊讶的发现。”

添加SOX17后，80%的干细胞可以分化。但研究人员希望做得更好，连说。干细胞产生三种标志物，但SOX17只触发其中两种开始分化过程。第三种标记物CD31仅在暴露于SOX17时不起作用。

“这对我们来说是个问题。我们花了两三年的时间来找出原因，”Lian说，并解释说另一种称为FGF2的蛋白质可以诱导该标记物，而不会影响SOX17对其他两种标记物的影响。这种组合导致高达92%的干细胞分化为内皮细胞&mdash；与研究人员最初的方法相比，效率提高了350%以上。“有时候科学很难，但我们不会放弃。”

当所有三种标记物都被激活时，分化的细胞可以在培养皿中形成管状血管。它们还可以吸收蛋白质，比如体内的血管。研究人员通过诱导炎症来测试这种能力，看看内皮细胞是否能检测到相关的蛋白质信号；他们可以

“我们的细胞确实是有功能的，”连说。“通过SOX17和FGF2，我们可以确定这些干细胞的命运，使其符合我们的需求。”