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Biomaterials:如何将多潜能干细胞转变成为成熟分化细胞?

来源:生物谷 2016-03-11 09:47

图片来源:medicalxpress.com

2016年3月11日 讯 /生物谷BIOON/ --干细胞可以作为一种有效的工具来修复或移除损伤或疾病组织,但如果可以可靠地将干细胞从多潜能状态转化成为成熟的分化状态,研究者们或许就可以通过改变干细胞被培养的环境来研究如何控制干细胞的状态了,近日来自新加坡A*STAR研究所的研究人员就成功进行了相关研究,相关研究刊登于国际杂志Biomaterials上。

化学信号和机械力可以帮助确定哪些细胞会进行分化及哪些细胞会依然维持多能状态,文章中研究者获取了一些特殊的化学线索,但他们仍在努力研究揭示如何有效控制干细胞的结构来更好地控制干细胞的行为。研究者Hanry Yu博士指出,目前有很多试验正在进行,而且有很多试验都以失败告终,因为缺少工程性的原理来指导细胞反应的控制;为此研究者重点对E-钙黏蛋白(E-cadherin)和整联蛋白进行了分析,这两种细胞吸附蛋白被认为可以参与调节干细胞的发育,更有意思的是,这两种蛋白可以通过名为Rho-ROCK-肌球蛋白II的信号因子来发挥作用,这就为研究者提出了问题,即其如何来诱导不同的细胞命运发生呢?

早期实验结果显示,培养中的干细胞更加易于经历分化过程,这就支持了先前科学家们提出的模型想法,即压力诱导的整联蛋白可以积极促进干细胞的分化;然而对细胞表面包被有两种特殊蛋白的培养中细胞进行深入研究发现,E-钙黏蛋白实际上是一种主要的信号,其可以超越整联蛋白并且强迫干细胞维持多能性,而在干细胞群体中心,E-钙黏蛋白介导的较强的细胞间相互作用会抑制干细胞分化,而在细胞群体边缘位置,相对松散的细胞及较高的压力就会促进E-钙黏蛋白介导的细胞间作用水平降低,从而使得干细胞分化增强,而这一过程似乎部分通过E-钙黏蛋白作用部位的Rho-ROCK-肌球蛋白II信号因子的优先定位来实现,而这同时也会抑制整联蛋白作用的发挥。

相关研究结果或可帮助临床研究者们有效控制培养基中干细胞的群体行为,从而维持干细胞处于多潜能或分化的状态,目前利用干细胞来进行伤口修复及再生医学研究非常困难,而且代价较高。未来研究者计划扩展他们的方法来更加精确地研究干细胞行为的调节;Yu说道,我们计划利用可溶性或特殊抑制剂来拦截关键的信号过程,以此来诱导人类胚胎干细胞进行可控地分化。(生物谷Bioon.com)

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Modulation of integrin and E-cadherin-mediated adhesions to spatially control heterogeneity in human pluripotent stem cell differentiation

Yi-Chin Toha, e, , , Jiangwa Xinga, b, Hanry Yua, b, c, d, f, g

Heterogeneity in human pluripotent stem cell (PSC) fates is partially caused by mechanical asymmetry arising from spatial polarization of cell–cell and cell-matrix adhesions. Independent studies have shown that integrin and E-cadherin adhesions promote opposing differentiation and pluripotent fates respectively although their crosstalk mechanism in modulating cell fate heterogeneity remains unknown. Here, we demonstrated that spatial polarization of integrin and E-cadherin adhesions in a human PSC colony compete to recruit Rho-ROCK activated myosin II to different localities to pattern pluripotent-differentiation decisions, resulting in spatially heterogeneous colonies. Cell micropatterning was used to modulate the spatial polarization of cell adhesions, which enabled us to prospectively determine localization patterns of activated myosin II and mesoendoderm differentiation. Direct inhibition of Rho-ROCK-myosin II activation phenocopied E-cadherin rather than integrin inhibition to form uniformly differentiated colonies. This indicated that E-cadherin was the primary gatekeeper to differentiation progression. This insight allows for biomaterials to be tailored for human PSC maintenance or differentiation with minimal heterogeneity.

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