光學(xué)顯微鏡觀察到的小鼠胰島圖片,。β細胞能夠通過綠色胰島素染色而被識別,。胰高血糖素用紅色標記,，而細胞核用藍色標記。圖片來自維基共享資源,。
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人胚胎干細胞(embryonic stem cells, ESCs)來源于人類胚胎,，而誘導(dǎo)性多功能干細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)是通過重編程人體細胞如皮膚細胞或者血細胞而產(chǎn)生的,。像ESCs一樣,，iPSCs能夠分化為很多其他類型的人細胞,。然而,，當(dāng)未分化的ESCs或iPSCs移植到動物時，它們形成畸胎瘤(teratoma),。因此,，利用ESCs或iPSCs分化而成的任何細胞類型若要用于移植就需要嚴格地純化以便排除具有形成腫瘤潛能的未分化細胞,。
在當(dāng)前的研究中,，來自美國費城兒童醫(yī)院細胞與分子治療中心的干細胞生物學(xué)家Paul J. Gadue博士和同事們利用被稱作細胞因子的信號分子操縱ESCs和iPSCs,，將它們變成內(nèi)胚層祖細胞(endodermal progenitor cell, EPCs),。這些內(nèi)胚層祖細胞在實驗室中擁有幾乎無限的生長潛力,，而且能夠發(fā)展為早期人類發(fā)育中發(fā)現(xiàn)的3種胚層之一的內(nèi)胚層。
研究人員發(fā)現(xiàn),，內(nèi)胚層祖細胞在體外培養(yǎng)時或者移植到動物時,，能夠分化為多種細胞類型,，其中代表性的細胞是在肝臟,、胰腺和腸道中發(fā)現(xiàn)的那些細胞,。重要的是,，未分化的內(nèi)胚層祖細胞在移植實驗中并不形成畸胎瘤,。相關(guān)研究結(jié)果于2012年4月6日發(fā)表在Cell Stem Cell期刊上,。
在細胞培養(yǎng)物中,，研究人員將內(nèi)胚層祖細胞分化為β細胞,，即表達胰島素的細胞而且類似于在胰腺中發(fā)現(xiàn)的那些細胞,。當(dāng)用葡萄糖刺激時，這些工程β細胞能夠釋放胰島素,，而這種功能在糖尿病患者中受到損傷或者缺失。盡管這些細胞只能恢復(fù)到正常功能的20%,，但是因為直接從ESCs或iPSCs獲得的類似細胞通常對葡萄糖反應(yīng)較差或者一點也不會產(chǎn)生反應(yīng),，這種結(jié)果確實是一種進步,。
除了產(chǎn)生β細胞之外,，研究人員也能夠指導(dǎo)內(nèi)胚層祖細胞發(fā)育成肝細胞和腸道細胞,。
Gadue強調(diào)這些大有希望的早期結(jié)果只是研究內(nèi)胚層祖細胞的第一步。盡管應(yīng)用到實際的臨床治療還需很多年,，但是內(nèi)胚層祖細胞很可能被人們用來開發(fā)出一種組織替換療法,，比如為糖尿病病人提供β細胞或者為肝病病人提供肝細胞,。(生物谷：towersimper編譯)
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doi:10.1016/j.stem.2012.02.024
PMC:
PMID:
Self-Renewing Endodermal Progenitor Lines Generated from Human Pluripotent Stem Cells
Xin Cheng, Lei Ying, Lin Lu, Aline M. Galvão, Jason A. Mills, Henry C. Lin, Darrell N. Kotton, Steven S. Shen, M. Cristina Nostro, John Kim Choi, Mitchell J. Weiss, Deborah L. French, Paul Gadue
The use of human pluripotent stem cells for laboratory studies and cell-based therapies is hampered by their tumor-forming potential and limited ability to generate pure populations of differentiated cell types in vitro. To address these issues, we established endodermal progenitor (EP) cell lines from human embryonic and induced pluripotent stem cells. Optimized growth conditions were established that allow near unlimited (>1016) EP cell self-renewal in which they display a morphology and gene expression pattern characteristic of definitive endoderm. Upon manipulation of their culture conditions in vitro or transplantation into mice, clonally derived EP cells differentiate into numerous endodermal lineages, including monohormonal glucose-responsive pancreatic β-cells, hepatocytes, and intestinal epithelia. Importantly, EP cells are nontumorigenic in vivo. Thus, EP cells represent a powerful tool to study endoderm specification and offer a potentially safe source of endodermal-derived tissues for transplantation therapies.
