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Biomaterials:脂肪干细胞在坚硬表面转化为成熟肌细胞

来源:生物谷 2012-01-31 22:06


两个脂肪来源干细胞展现出连续性细胞骨架,表明它们融合在一起。在实验室类似条件下,骨髓来源干细胞不能融合。图片来自Yu Suk Choi。

脂肪来源干细胞(fat-derived stem cell)有一个令人惊讶的锦囊妙计:一旦它们受到激励在坚硬表面生长时,它们经历显著性转化而变成成熟的肌细胞。这一项新研究发表在Biomaterials期刊上。这些新形成的肌细胞保持完整和融合在一起,即便是当它们转移到极其坚硬的骨头类似的表面。这些发现引起了美国加州大学圣地亚哥分校生物工程教授Adam Engler和同事们的兴趣。他们认为这些细胞可能提示着一种新的治疗肌肉萎缩症(Muscular Dystrophy, MD)的方法。

Engler说,在诸如肌肉萎缩症或心脏病之类的疾病中,“肌肉开始死亡,并且经历着正常的创伤过程”。“这种受损的组织从机械角度来看基本上不同于”健康的组织。

他注意到,移植的干细胞可能能够替换和修复病变肌肉(diseased tissue),但是到目前为止这些移植物在肌肉萎缩症病人中一直不是很成功。当这些移植的细胞奋力适应它们的变厚和受损的组织新环境时,它们倾向于堆积成硬结节。

Engler,博士后学者Yu Suk Choi和研究小组其他研究人员认为他们的脂肪来源干细胞可能在这类治疗中有着更好的机会,因为这些细胞在坚硬和不易弯曲的表面---模拟在肌肉萎缩症病人身上发现的受损组织---上能够茁壮成长。

在他们发表在Biomaterials期刊上的研究中,研究人员比较了骨髓干细胞和脂肪来源干细胞在不同坚硬程度---从大脑组织的松软到骨头的坚硬---的表面上的生长情况。

来自脂肪细胞系的干细胞在展示涉及变成肌肉的合适的蛋白方面要比它们的对等物骨髓干细胞好40到50倍。Engler说,在脂肪来源干细胞中,这些蛋白也更可能沿着正确的顺序“开启表达”。

这些科学家提示着,这两种细胞类型如何与它们的环境相互作用方面的微妙差别对于它们的生长至关重要。这些脂肪肝来源干细胞似乎要比骨髓来源干细胞更完整地和更快地检测表面上它们所处的“微环境(niche)”。Choi解释道,“它们很快地感知它们的环境,从而允许它们理解来自细胞与指导生长的环境之间相互作用的信号。”

可能最令人吃惊的是,从脂肪干细胞生长而来的肌细胞融合在一起,一定程度上形成以前从未观察过的肌管(myotube)。肌管是肌肉发育的一个关键性步骤,表明该研究又向前进一步,而且是Engler和同事们以前在实验室从没观察到的。

当融合的肌肉细胞转移到非常坚硬的表面,它们仍然保持融合状态。Engler说,“这些重编程的细胞足够成熟以致于它们对可能导致它们分裂开的新环境中的信号不能作出反应。”

Engler和同事们如今将在肌肉萎缩症模式小鼠中测试这些新融合的细胞如何表现。虽然这些细胞在坚硬组织环境中存活下来,但是Engler警告道还有病变组织的其他因素如它的形状和化学组成需要考虑。他说,“从转化为临床有效治疗的角度上看,我们想知道环境中什么组分为这些细胞提供最为重要的信号。”(生物谷:towersimper编译)

Mechanical derivation of functional myotubes from adipose-derived stem cells

Yu Suk Choi, Ludovic G. Vincent, Andrew R. Lee, Marek K. Dobke, Adam J. Engler

Though reduced serum or myoblast co-culture alone can differentiate adipose-derived stem cells (ASCs) into mesenchymal lineages, efficiency is usually not sufficient to restore function in vivo. Often when injected into fibrotic muscle, their differentiation may be misdirected by the now stiffened tissue. Here ASCs are shown to not just simply reflect the qualitative stiffness sensitivity of bone marrow-derived stem cells (BMSCs) but to exceed BMSC myogenic capacity, expressing the appropriate temporal sequence of muscle transcriptional regulators on muscle-mimicking extracellular matrix in a tension and focal adhesion-dependent manner. ASCs formed multi-nucleated myotubes with a continuous cytoskeleton that was not due to misdirected cell division; microtubule depolymerization severed myotubes, but after washout, ASCs refused at a rate similar to pre-treated values. BMSCs never underwent stiffness-mediated fusion. ASC-derived myotubes, when replated onto non-permissive stiff matrix, maintained their fused state. Together these data imply enhanced mechanosensitivity for ASCs, making them a better therapeutic cell source for fibrotic muscle.

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