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PNAS:新型干细胞微环境加速干细胞再生医学疗法研究

来源:生物谷 2014-04-01 23:32

2014年4月1日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自诺丁汉大学的研究人员通过研究开发了一种新型物质,其可以简化当前再生医学领域的干细胞疗法的操作,相关研究刊登于国际杂志PNAS上。

由于干细胞具有修复人类机体组织的潜能,以及其在许多慢性疾病和年龄相关的疾病过程中可以维持器官的功能,因此细胞疗法成为近年来发展非常快速而且疗效非常可靠的一种治疗人类顽疾的疗法。但是将当前成功的研究转化成为实际的产物和疗法时却存在一个很大的问题,就是如何让特殊的复杂活性物质进行大批量生产?

目前在干细胞产品的生产生存在两个特殊的阶段:增殖阶段和分化阶段,前者就是产生足够量的细胞来产生大量的组织,而后者就是将基本的干细胞转化成为功能性的细胞,而且这两个阶段是不同的。这项研究中,研究者开发了一种新型的干细胞微环境,其可以允许细胞进行自我更新并且分化成为心肌细胞,制造这种微环境的物质是一种包含两种聚合物的水凝胶结构物质,富含藻酸盐的环境就允许干细胞进行增殖,而富含胶原的微环境又可以为细胞增加数量提供合适的环境,这种特殊的微环境就为下一步细胞发育成特殊的功能器官组织提供了一定的基础。

研究者Kevin Shakesheff表示,我们利用水凝胶物质开发的特殊干细胞微环境是第一步,这种环境可以促进人类多能干细胞产生紧密的组织结构,这对于未来进行再生医学领域的研究提供了很好的研究思路和基础,研究者表示,他们还将通过后期深入的研究来继续进行此项领域研究,研究者希望将来的研究成果可以更多地应用于临床患者的疾病治疗中,为人类带来福利。(生物谷Bioon.com)

doi:10.1073/pnas.1319685111
Combined hydrogels that switch human pluripotent stem cells from self-renewal to differentiation

James E. Dixona,b, Disheet A. Shaha,b, Catherine Rogersa,b, Stephen Hallc, Nicola Westond, Christopher D. J. Parmentere, Donal McNallyf, Chris Denninga,g, and Kevin M. Shakesheffa,b,1

The ability of materials to define the architecture and microenvironment experienced by cells provides new opportunities to direct the fate of human pluripotent stem cells (HPSCs) [Robinton DA, Daley GQ (2012) Nature 481(7381):295–305]. However, the conditions required for self-renewal vs. differentiation of HPSCs are different, and a single system that efficiently achieves both outcomes is not available [Giobbe GG, et al. (2012) Biotechnol Bioeng 109(12):3119–3132]. We have addressed this dual need by developing a hydrogel-based material that uses ionic de-cross-linking to remove a self-renewal permissive hydrogel (alginate) and switch to a differentiation-permissive microenvironment (collagen). Adjusting the timing of this switch can preferentially steer the HPSC differentiation to mimic lineage commitment during gastrulation to ectoderm (early switch) or mesoderm/endoderm (late switch). As an exemplar differentiated cell type, we showed that directing early lineage specification using this single system can promote cardiogenesis with increased gene expression in high-density cell populations. This work will facilitate regenerative medicine by allowing in situ HPSC expansion to be coupled with early lineage specification within defined tissue geometries.

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