美國科學家首次將人體干細胞轉化成功能性肺細胞
據物理學家組織網12月1日報道，美國哥倫比亞大學醫學研究中心的科學家首次成功地將人體干細胞轉化成了功能性的肺細胞和呼吸道細胞。并發表在美國《Nature Biotechnology 自然·生物技術》雜志上。這一最新研究成果，可以幫助科學家們研究肺部發育、構建肺部疾病建模、篩查藥物并最終制造出可供移植的肺部器官。
該項研究的負責人漢斯·威勒姆·斯諾耶克表示：“科學家們已經相繼將人體干細胞轉化成了心臟細胞、胰島β細胞、腸細胞、肝臟細胞和神經細胞，大大推動了再生醫學的發展。現在，我們又成功地將人體干細胞轉化為肺細胞和呼吸道細胞，這項研究非常重要，其為肺部組織的自體移植（使用患者自身的皮膚細胞生成功能性的肺部組織）打下了基礎。”
最新研究建立在斯諾耶克以前研究的基礎上。早在2011年，斯諾耶克就發現了一套化學因子，能將人的胚胎細胞或誘導多能干細胞（iPS細胞）變成前腸內胚層（肺細胞和呼吸道細胞的前體）。iPS細胞與人體的胚胎細胞非常接近，能分化為多種類型的細胞，但其可以由皮膚細胞生成，不像胚胎干細胞那樣存在倫理爭議，因而在研究中常常作為人類胚胎細胞的替代品。
在最新研究中，斯諾耶克和同事發現了新的化學因子，其能成功地將人的胚胎細胞或iPS細胞完全變成功能性的肺上皮細胞（覆蓋肺部表面的細胞）。他們得到的細胞表達了至少6種肺上皮細胞和呼吸道上皮細胞的標志物，其中包括二型肺泡上皮細胞。這種細胞非常重要，因為其會產生對維持肺泡（氣體交換發生的場所）至關重要的表面活性物質；另外，當肺部受傷時，二型肺泡上皮細胞還會參與修復工作。
最新研究成果將有助于科學家們研究多種肺部疾病，包括特發性肺纖維化（IPF），二型肺泡上皮細胞被認為對這一疾病至關重要。目前，沒有人知道這種疾病的病因，也沒有相應的治療辦法。最新研究將幫助科學家們創建實驗模型，在分子水平對這一疾病進行研究并篩選出可能的治療藥物。
未來，科學家們將利用這一技術進行肺部的自體移植。在從捐贈者處獲得肺以后，將所有肺細胞剔除，只留下肺部支架，然后再將從患者處獲得的新的肺細胞接種到這一支架上，讓其發育成功能性的肺，這樣可以避免排異問題。這是一種全新的將干細胞科學同生物工程學相結合治療肺部疾病的方法，并將給許許多多罹患特發性肺纖維化等肺部疾病的患者帶來治愈的希望。
推薦原文閱讀：
Nat Biotechnol. 2013 Dec 1. doi: 10.1038/nbt.2754. [Epub ahead of print]
Efficient generation of lung and airway epithelial cells from human pluripotent stem cells.
Huang SX, Islam MN, O'Neill J, Hu Z, Yang YG, Chen YW, Mumau M, Green MD, Vunjak-Novakovic G, Bhattacharya J, Snoeck HW.
Source
1] Columbia Center for Translational Immunology, Columbia University Medical Center, New York, New York, USA. [2] Department of Medicine, Columbia University Medical Center, New York, New York, USA.
Abstract
The ability to generate lung and airway epithelial cells from human pluripotent stem cells (hPSCs) would have applications in regenerative medicine, modeling of lung disease, drug screening and studies of human lung development. We have established, based on developmental paradigms, a highlyefficient method for directed differentiation of hPSCs into lung and airway epithelial cells. Long-term differentiation of hPSCs in vivo and in vitro yielded basal, goblet, Clara, ciliated, type I and type II alveolar epithelial cells. The type II alveolar epithelial cells were capable of surfactant protein-B uptake and stimulated surfactant release, providing evidence of specific function. Inhibiting or removing retinoic acid, Wnt and BMP-agonists to signaling pathways critical for early lung development in the mouse-recapitulated defects in corresponding genetic mouse knockouts. As this protocol generates most cell types of the respiratory system, it may be useful for deriving patient-specific therapeutic cells.
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