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Nat Materials:科学家发现胚胎干细胞生长的环境或可影响其最终的分化细胞类型

来源:生物谷 2014-04-16 09:23

2014年4月16日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自密歇根大学的研究人员通过研究表明,人类胚胎干细胞生长的“海绵状”环境可以影响干细胞最终分化成型的细胞类型,相关研究成果刊登于国际杂志Nature Materials上;文章中研究者将人类胚胎干细胞置于由弹性橡皮泥主要成分组成的柔软精细的“地毯”上,就可以诱导这些干细胞转变成为功能性的骨髓细胞。

研究者Jianping Fu教授表示,本文的研究为指导干细胞进行有效分化从而治疗人类疾病,比如肌萎缩侧索硬化等疾病提供了一定线索和希望;我们利用橡皮泥的主要成分聚二甲基硅氧烷设计出了微型地毯,通过对其硬度进行调整就可以调节出适合干细胞生长的表面,从而利于干细胞生长分化。

研究者发现,相比生长在僵硬表面上的干细胞来讲,生长在柔软“地毯”上的干细胞可以更快速地分化成为神经细胞;23天之后,相比生长在别的表面上的脊椎神经细胞上来讲,生长在柔软“地毯”上的脊椎神经细胞(控制肌肉运动的运动神经元细胞)的纯度是前者的四倍,而细胞的尺寸是前者的10倍。

Fu教授说道,利用这种合成性的微工程化表面来控制机械环境信号是干细胞研究领域的一大进步,我们想证实利用新技术表面得到了新型运动神经元细胞,相比机体的其它神经元来讲,是否具有电行为;同时研究者还想鉴别出参与调节神经元细胞机械性敏感行为的信号路径,最后研究者表示,这项研究中我们发现细胞环境中的物理信号对于神经模式非常关键,而神经模式就是神经细胞依赖于物理定位分化成为特殊功能神经细胞的一个过程。(生物谷Bioon.com)

doi:10.1038/nmat3945
Hippo/YAP-mediated rigidity-dependent motor neuron differentiation of human pluripotent stem cells

Yubing Sun, Koh Meng Aw Yong, Luis G. Villa-Diaz, Xiaoli Zhang, Weiqiang Chen, Renee Philson, Shinuo Weng, Haoxing Xu, Paul H. Krebsbach & Jianping Fu

Our understanding of the intrinsic mechanosensitive properties of human pluripotent stem cells (hPSCs), in particular the effects that the physical microenvironment has on their differentiation, remains elusive1. Here, we show that neural induction and caudalization of hPSCs can be accelerated by using a synthetic microengineered substrate system consisting of poly(dimethylsiloxane) micropost arrays (PMAs) with tunable mechanical rigidities. The purity and yield of functional motor neurons derived from hPSCs within 23 days of culture using soft PMAs were improved more than fourfold and tenfold, respectively, compared with coverslips or rigid PMAs. Mechanistic studies revealed a multi-targeted mechanotransductive process involving Smad phosphorylation and nucleocytoplasmic shuttling, regulated by rigidity-dependent Hippo/YAP activities and actomyosin cytoskeleton integrity and contractility. Our findings suggest that substrate rigidity is an important biophysical cue influencing neural induction and subtype specification, and that microengineered substrates can thus serve as a promising platform for large-scale culture of hPSCs.

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