研究表明并非所有的干细胞都是平等的

多伦多大学生物材料和生物医学工程研究所(IBBME)和唐纳利中心的研究人员发现，大量细胞——被称为“精英”——在分化细胞转化为干细胞的过程中起着关键作用。这一发现对再生医学具有重要意义。

干细胞具有转化为特定细胞的能力——从肺到大脑。干细胞在胚胎中很常见，但在过去的15年里，一项名为细胞重编程的技术使科学家能够将成熟细胞转化为所谓的多能干细胞，具有发育成任何细胞类型的能力。这项技术获得了2012年的诺贝尔奖。

尽管对重编程已经有了很好的理解，但是对于个体重编程细胞在群体环境中如何表现的复杂性却知之甚少。Peter Zandstra教授的小组(他是T大学和不列颠哥伦比亚大学的双重任命)最近领导了一项研究，发现一组细胞似乎在重编程方面具有竞争优势。这项研究发表在今天的《科学》杂志上。

Zandstra和他的团队使用了从小鼠皮肤中提取的细胞，称为小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)。他们使用DNA条形码技术为每个MEF提供独特的标签，跟踪单个细胞，并在重新编程期间将它们与其母群体相关联。他们还使用计算建模来帮助理解生成的复杂数据，并做出在实验室中测试的预测。

研究小组发现，在重新编程一周后，高达80%的原始细胞群体被淘汰。在压力重编程的过程中，只需要很少一部分亲本就足以繁殖其克隆体，转化为干细胞。虽然这些细胞与它们的兄弟姐妹相比具有相似的遗传组成和外观，但它们更高的适应性使它们能够产生更多的后代，即以更高的频率克隆自己。研究小组称这些细胞为“精英克隆”。

“从广义上讲，细胞适应性是指细胞与其邻居直接或间接竞争的能力，”卡尼沙基巴说，她在唐纳利中心完成了博士研究，是这篇文章的第一作者。

“直接消除，一个细胞可以吞噬另一个细胞或释放导致其死亡的化学物质。但也有间接竞争，细胞在培养皿中争夺有限的营养和空间池。这类似于一个类似的竞争生态。

这项新发现说明了干细胞领域的争论。一些研究人员认为所有细胞都具有重新编程为胚胎干细胞样状态的能力，而另一些研究人员认为只有某些细胞亚群具有这种精英能力。Shakiba表示，虽然双方都有证据，但最新的研究有利于后者的解释。

“[我们的研究]要求人们从克隆动力学的角度来看待重编程现象——组成多细胞种群的克隆如何竞争，以及这如何影响整体种群，”她说。

Zandstra的团队与唐纳利中心的分子遗传学教授Derek van der Kooy合作。通过使用共同首席作者、分子遗传学研究生艾哈迈德法赫米(Ahmed Fahmy)开发的小鼠模型，作者能够找到一系列具有沙琪巴发现的“精英克隆”特征的MEF。这些细胞来自胚胎中被称为神经嵴的部分，神经嵴在皮肤、神经元和平滑肌细胞的发育中起着关键作用。研究人员假设神经嵴细胞“注定适合”。

“他们很幸运，所以他们在重新编程竞争中领先，”Shakiba说。“通过更早地达到预编程状态，它们将比竞争对手分裂得更快。过了几代，最初的开始变大了。”

该论文的研究成果对再生医学也具有重要意义，包括利用干细胞制造特定组织，然后将这些组织植入体内修复损伤的技术。

“比方说，我们想将干细胞群注入体内以再生心脏，”Shakiba说。“注射的细胞存活和融入自然组织的能力取决于这些细胞的竞争性——适应性。除非我们知道并知道这些细胞如何竞争，不仅是相互竞争，而且是与内源竞争，否则我们无法真正预测或控制它们在体内会做什么。”

“我对这项研究感到非常兴奋，因为它教会了我们一些新的基础知识，”赞德斯特说。“最终，它告诉我们，细胞竞争是一个可控的参数，可以通过设计来影响动态再生过程的结果。

这一发现应该会导致干细胞移植后重组内部组织的新策略和技术，或者确定使细胞更有可能在克隆性疾病如癌症中竞争的方法。

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