科学家引导干细胞的发展以再生和修复器官

Cedars-Sinai和加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员发现了一种新的方法来传递指令，告诉干细胞生长成特定的身体结构，这是最终再生和修复组织和器官的关键步骤

科学家们设计了形成称为“合成组织者”结构的细胞。这些组织者通过称为形态发生素的生化信号向干细胞提供指令，这些信号刺激并使干细胞生长成特定的复杂组织和器官样组件

这项研究是用小鼠胚胎干细胞进行的，研究结果发表在《细胞》杂志上

“我们可以使用这些合成组织者来推动干细胞制造早期胚胎的不同部分或制造心脏或其他器官，”该研究的共同通讯作者、儿童健康执行副院长兼Cedars-Sinai Guerin Children's执行董事、医学博士Ophir Klein说。

在一个例子中，科学家能够诱导干细胞开始形成从头到尾延伸的小鼠身体，类似于子宫中的正常胚胎发育。在另一个例子中，科学家们能够刺激干细胞产生一个大型的心脏状结构，该结构具有一个中央腔室和一个有规律的跳动，以及一个早期血管网络

“这种类型的合成组织细胞平台提供了一种与干细胞接口的新方法，并对它们的发育进行编程，”加州大学旧金山分校细胞与分子药理学教授WendellLim博士说

“通过控制和重塑干细胞的分化和发育方式，它可能使我们能够生长出更好的器官用于移植或用于疾病建模的类器官，并最终利用它来驱动活体患者的组织再生。”

为了引导组织细胞和控制干细胞的发育，科学家们将遗传密码上传到细胞中，并在细胞中设计了两个关键特征

首先，他们指示细胞以围绕干细胞团的节点或外壳的形式粘附在干细胞上。其次，研究人员改造了组织细胞，使其产生对诱导早期胚胎发育至关重要的特定生化信号

为了有效和精确地控制组织细胞，研究人员在细胞内开发了一种化学开关，使科学家能够打开或关闭向干细胞传递指令。此外，他们还安装了一个“自杀”开关，在需要时消除组织细胞

“这些合成组织者表明，我们可以通过工程设计在何时何地提供特定的形态发生因子信号，为干细胞提供更精细的发育指示，”Lim说。“组织细胞携带空间信息和生化信息，从而为我们提供了前所未有的控制能力。”Klein说，使用工程合成的组织细胞最终可以使团队在未来构建现实世界的应用程序

Klein说：“诱导干细胞的编程指令这门非凡的科学有朝一日可能会为解决复杂疾病打开大门。”

“我们可以在更大的组织甚至整个器官的背景下产生特定的细胞类型，如制造胰岛素的β细胞或治疗帕金森病的神经元。这项工作开辟了许多新的、令人兴奋的可能性。”