只需引入四种因子,研究人员成功使已分化的小鼠胚胎细胞或成年小鼠细胞具有胚胎干细胞功能。该研究详细结果发表于《细胞》(Cell)杂志。
这种被定义为“诱导多能性干细胞”(induced pluripotent stem cells, iPS)的细胞,具有胚胎干细胞的经典物理性质、生长方式和遗传学特征。多能性是指细胞能够分化为其他各种类型细胞的潜能。
京都大学研究员山中伸弥(Shinya Yamanaka)表示:“人类胚胎干细胞可用于治疗帕金森病、脊髓损伤和糖尿病等多种疾病。然而,目前实验和医疗还需考虑利用人类胚胎的伦理问题及组织移植的排异反应。”若能直接采集患者自身的多能性细胞,这些问题将迎刃而解。
山中伸弥说:“实验证明,只需向培养的成纤维细胞培养基中添加几种因子,即可诱导产生多能性干细胞。”成纤维细胞是结缔组织中的一种结构纤维细胞。
自然过程中,胚胎干细胞来源于哺乳动物胚泡细胞。受精卵首先进入胚泡阶段,随后胚泡发育进入胚胎发育阶段。早期研究已证实,机体其他组织的细胞可通过核移植到卵母细胞或与胚胎干细胞融合而实现重编程,获得干细胞分化潜能。山中伸弥指出:“这些实验表明,未受精卵和胚胎干细胞可能包含某些成分,能使已分化细胞重新获得多能性。我们推测这些成分对维持胚胎干细胞的同一性至关重要,并在诱导其他体细胞获得全能性中扮演关键角色。”
研究人员选择了先前已证实的与维持早期胚胎和胚胎干细胞同一性有关的24种基因作为候选,寻找能诱导体细胞转化为其他细胞类型的关键因素。结果发现,其中四种基因——Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4——可使来自胚胎或成年小鼠的不同成纤维细胞保留胚胎干细胞的多能性。
进一步实验表明,将这些iPS细胞移植到小鼠皮下组织会导致肿瘤发生,这些肿瘤包含哺乳动物胚胎中三种重要胚层的组织。山中伸弥表示:“胚层最终会发育成完整的组织和器官。”将iPS细胞注入胚泡,也能发现其协助小鼠胚胎发育。
“这些结果为研究多能性控制迈出重要一步,有助于将患者体内细胞转化为多能性细胞。”由于这些研究结果具有广泛的应用价值,干细胞专家谨慎地表示,此项胚胎干细胞研究仍有很大发展空间。
山中伸弥说:“我们仍不清楚的是,人类中的这四种基因是否能诱导人类成体细胞获得多能性。”
研究小组对干细胞未来研究提出两点意见:一是强调c-Myc(一种在多种人类癌症中出现的基因)可能不适合临床应用,且治疗过程需要特定培养环境;二是强调iPS细胞不一定具有胚胎干细胞的所有功能。