近日,中国科学家最新成果——通过「诱导体细胞培养出人类全能干细胞」,荣登Nature 。这是一次重大突破,虽然可能不像山中伸弥那样轰动,但是在业内看来,这是一次巨大进步(当然还是存在一些问题待解决)。
这里先总结下这篇研究内容:
1,本研究将诱导多能干细胞的时期往前推了3天左右,让诱导多能干细胞有更多的分化潜力。
2,本研究创新地结合了单细胞测序技术,能够帮助找到分化潜力强的细胞,这对于我们干细胞研究提供了新的思路。
3,本研究还存在一些不足,至于诺奖之类的就是扯淡喽。
下面就从五个方面来和大家说说这篇长文。
01,干细胞和干性
人是从一颗受精卵开始起步最终发育成一个完整个体的。
这个过程,在传统生理意义上,是不可逆的。
而这个过程,也伴随着细胞的增殖和分化,前者就是一变多的过程,后者就是一个细胞特化成各种各样细胞的过程,比如神经细胞和红细胞就非常差别。
而根据目前的认知,这伴随着细胞的干性逐步下降。这里所谓的干性,大家可以理解为潜力股,就是干性越强,那意味着这个细胞能够分化成越多的细胞类型。
其中,受精卵是最强的,可以直接发育成个体,那自然意味着可以发育成所有类型细胞。但是像造血干细胞这种,就只能走造血了,而不能发育成为神经细胞。
就像有外行以为脐带血万能,那是扯淡。
那么,问题来了,如何从成人中获取干细胞?
02,如何获取人类干细胞?——诱导多能干细胞的来历
就像上面所提的,随着发育,越往后,干细胞越少,而且干性越弱,到了成年人,基本上没有多少干细胞了,而且这些干细胞基本上干性不足,只能分化成特定的细胞(比如造血干细胞),而其他的器官,还不一定有干细胞呢,比如大名鼎鼎的心肌干细胞,后来被证实是假的。
但是对于医学生物来说,我们是很需要干细胞的,短期是科研,长期那可是为了造福人类啊,想想,有了干细胞,直接想要什么器官就有什么器官,而且根本不需要担心排异问题,那可是你自己掉下来的肉啊。
所以,如何获取人类的干细胞,成为了一个迫切问题。那怎么获取呢?
1,在人类早期发育时候获取——违法,甚至可能相当于杀人,所以不可行。
2,我们重新给它造个人——克隆,
但是这个过程相当于重新走一遍人类从零开始,不仅仅是伦理上不允许,事实上,克隆人到目前还没成功呢,这一点可能有点出乎人们的意料。因为在科幻片或者民间文学里,克隆人早就是邪恶人或者土豪专属了。然而事实上,克隆人,很难很难,直到2018年,我们才搞定克隆猴,更别提人类了。
3,能不能有其他手段逆转细胞让它变成干细胞呢?
这就是著名的山中伸弥干的事情了。
其实山中伸弥也是被逼的。
他当年做小鼠,那干细胞是哗啦啦的来,毕竟小鼠嘛,要多少有多少,可是到了做人类,发现,找不到人类干细胞,毕竟这东西比黄金还珍贵。
没办法,山中伸弥只能去自己解决了。最终,他想到了用一些人类细胞特有的成分来逆转细胞。
这就是著名的山中因子。其实过程,比较枯燥,就是反复尝试。水多加面,面多加水,最终不断尝试,一共4个因子可行。
其中有癌症因子c-myc,转录因子KLF4等等。
这一发现可谓石破天惊,因此山中伸弥在搞出这东西几年后就拿了诺奖,差点刷新了诺奖生理或医学奖纪录,毕竟这个奖的验证周期很长。
03,诱导多能干细胞的问题
看起来好像一切都完美了,人类又忍不住幻想了。但是在业内,依然有问题。
1,这些因子有风险
山中因子既有癌症因子,又有病毒因子,这东西说穿了,只能科研,不能实践啊。
毕竟这些因子到了人体,一不小心就导致人得了癌症,更别提还有病毒因子。因此一直以来,山中伸弥的研究都停留在科研阶段。
于是有人就想,能不能有更简单的办法搞出来呢?一位日本女科学家就开始大发脑洞,开发出了一种全新的诱导办法,就是给细胞刺激,比如,吃点酸?毕竟酸儿辣女嘛。
她还取了个好名字,“刺激触发的多能性获得”(STAP),当时全世界的眼睛都亮瞎了,没想到精密的生物科学竟然可以如此粗放。
然而,最终证实,tm是造假的。于是她导师自杀了,她被邀请拍片了,她就是小保方晴子。
不过,其他人改进的过程还是在进行,但是要谨慎多了,比如调整因子啥的,不管咋说,也是修修补补啦。
2,这个干细胞,不咋行
尽管人们对诱导多能干细胞充满了赞美,但是这个细胞,实际上,有些问题。
那就是:干性不足。
山中伸弥诱导得到的多能干细胞相当于是受精卵发育5-6天时的状态,不同于全能干细胞,发育潜力比较受限。
这个时候,其实细胞已经分化不小了。
给大家一个直观的展示,那就是,ipsc,不能发育成个体,在体内无法长出胎盘。
所以,科学家们想,能不能有办法,让诱导多能干细胞再往前靠一点呢?
这就是这次我国科学家的nature成果。
04,干性加强版的诱导多能干细胞
这次nature的文章是来自中国科学院和深圳华大生命科学研究院等多家机构
大家可以简单地理解,就是:把诱导多能干细胞的干性时期往前推了3天。这次诱导出来的多能干细胞相当于人类受精卵发育3天的胚胎细胞,比之前诺奖诱导的干细胞提前了2-3天!
不要小看这短短几天,在受精卵发育时期,真是按小时计算的,差几个小时,那干性会悬殊千差万别。
基本上可以发育成绝大多数器官。
因为反过来推论,在做试管婴儿的时候,8细胞是可用的。
这次之所以能提前干细胞发育,其实得益于单细胞技术。什么是单细胞测序技术呢?比较复杂, 大体上大家可以理解为,更加精细的分解细胞。
比如,人们一般认为人类也就几十种细胞,然而实际上,研究发现,可能多达上千种。比如哪怕是单独的心脏,也有数十种细胞类型,这就是新的分类办法。
不是基于外观,而是基于基因表达情况来划分。不过,这个技术还是比较贵的,所以华大做的起,我做不起,昨天还收到生物公司的推荐
这次他们用的是DNBelab C4平台,然后用DNBSEQ测序技术来分选细胞,这样就能够挑出一些干性较高的细胞。
具体的过程是这样的
先诱导细胞,然后开始单细胞测序筛选。
这是筛选出细胞的染色质图谱(真是太漂亮了,我已经开始学习)
这是4CL naïve PSC 和8CLC的转录组图谱
很懵吧,没必要,这些图是给专业人士看的,大家只需要了解:找到了潜力相当于受精卵3天的细胞。
05,存在什么问题嘛?
当然有了,永远牢记一句话:这个世界没有完美的科研。
这篇研究,同样也有一些问题。
1,干性问题
这篇文章目前的干性推测过于理想了,事实上,目前对其干性的推测证据不足。
换句话:很多人认为这次找到的干细胞有多牛逼,其实这些属于推论了,该文章并没有做论证。所以,这是个遗憾。
当然未来找到更多证据,说不定可行。
2,这个文章需要更多验证
这次使用的条件,和以往发表的论文都不一样,因此也没法和之前的研究对比,这也是reviewer的看法,所以后续还要有更多研究来验证。
3,诱导多能干细胞的根本性问题依然没解决
我们提到的诱导多能干细胞的天然缺陷,这篇文章也没解决,所以,不具备应用价值。但是可以为科研提供相应的依据。
所以,还是期待未来吧。
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