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多篇文章深度解读组织再生领域突破性进展

来源:生物谷 2017-03-17 11:35

据报道,全世界每年约有上千万人遭受着各种形式的创伤,有数百万人因在疾病康复过程中重要器官发生纤维化而导致功能丧失,而且有数十万人迫切希望进行各种器官移植

在机体损伤和疾病康复过程中,受损的组织和器官进行修复与重建如今仍然是科学家们所面对的重大难题。当然组织再生领域的研究也一直是科学家们进行的一项重大研究课题,经过多年的研究努力,科学家们在组织再生领取取得了一定的研究成果,比如来自美国的研究人员就通过研究发现,低氧诱导因子HIF-1a信号途径能够实现小鼠组织的自发性再生,而这一过程完全不需要额外的干细胞作用。

那么近年来在组织再生研究领域科学家们取得了多少可喜的研究成果呢?本文中小编对此了盘点,分享给各位!

【1】Science:神奇!与过敏症相关联的T细胞也能促进组织再生!

doi:10.1126/science.aad9272

在一项新的研究中,来自美国约翰霍普金斯大学和肯尼迪-克里格研究所(Kennedy Krieger Institute)的研究人员报道,与过敏症相关联的免疫细胞当与生物材料支架(biomaterial scaffold)配合使用时会直接让小鼠肌肉损伤愈合。这一发现进一步证明免疫系统不仅在抵抗传染性疾病和其他疾病中发挥着关键作用,而且也在损伤后启动愈合过程中发挥着关键作用。研究人员也指出这些设计出的生物材料支架与免疫细胞“形成搭档”时能够更加有效地促进愈合。相关研究结果发表在2016年4月15日那期Science期刊上,论文标题为“Developing a pro-regenerative biomaterial scaffold microenvironment requires T helper 2 cells”。

论文通信作者、约翰霍普金斯大学医学院眼科学与生物医学工程教授Jennifer Elisseeff博士说,“在之前的研究中,我们已观察到对植入到不同的组织或环境中的相同生物材料做出的不同免疫反应,这让我们有兴趣研究生物材料会如何刺激免疫系统,促进再生。我们仍然有很多地方需要学习,但是这项研究在设计生物材料引发有益的免疫反应方面迈进了一步。”

【2】Natue:发现促进组织再生的增强子元件

doi:10.1038/nature17644

如果追踪我们的进化树回到它的树根---在腮脱落或对生拇指产生很久以前---的话,那么很可能发现一种共同的祖先具有令人吃惊的再生失去的身体部分的能力。

这种祖先的幸运后代,包括如今的蝾螈或斑马鱼,仍然能够实现这一壮举,但是人类在几百万年的进化过程中丧失了许多再生能力。

为了努力理解这种丧失,研究人员构建出一个基因列表,这个列表中的基因能够让具有再生能力的动物重新长出剪断的尾巴或修复受损的组织。令人吃惊的是,他们发现在这些动物的再生中发挥重要作用的基因也在人类中具有对应的基因版本。关键的差别可能并不在于这些基因本身,而在于损伤期间调节这些基因如何被激活的DNA序列。

【3】Biomaterials  PNAS:使用纳米分子抗炎药物使组织再生

doi:10.1073/pnas.1220764110

任何个体在受伤后可能会产生后效应,包括疼痛、肿胀和发红。这些迹象表明身体是在抵抗伤害。当体内组织被破坏时生物程序就会被激活援助组织再生。炎症反应作为一种保护机制促使组织修复和再生,帮助身体治愈创伤和烧伤。然而,相同的机制下当体外异物被引入时可能会干扰治疗,例如当人工合成材料为了真皮修复而移植到皮肤上时。在这种情况下,炎症可能导致组织纤维化,组织纤维化会形成一个适当的生理功能的障碍。

研究小组的 Arun Sharma博士一直致力于创新组织再生的方法,以改善患有膀胱功能障碍患者的生活。他们的一项突破性进展是一种医疗模式,该模式使用来自捐献者骨髓中的干细胞再生膀胱,这项研究发表在2013年《国家科学院学报》杂志上。

【4】Acta Biomat:开发出可促进机体神经组织再生的新型网格纤维结构

doi:10.1016/j.actbio.2017.02.004

近日,一项刊登在国际杂志Acta Biomaterialia上的研究报告中,来自日本大阪大学的研究人员通过研究开发出了一种网格结构,其能够被缠绕在损伤的周围神经组织上来帮助促进损伤神经的再生并且恢复其功能。

这种网格结构非常柔软且能够在机体中降解,其中掺入了对神经系统功能正常发挥非常关键的维生素B12。当网格结构被用于治疗大鼠损伤的坐骨神经时,其能够促进神经组织再生并且恢复大鼠机体的运动和感觉功能,目前研究人员正在考虑将这种新型结构应用于临床中用来治疗诸如腕管综合症(CTS)等周围神经病症。

此前研究人员所开发的人工神经导管组织能够用来治疗周围神经损伤,但其只不过能够在损伤位点之间形成交联,并不会促进神经组织的快速再生;此外,在很多患者中其应用也非常受限制;但维生素B12却能够促进神经再生,但口服维生素B12却并没有太大作用,而且目前并没有可用设备能够将维生素B12直接运输到机体受影响的位点,因此研究人员或许有望开发出此类医学设备来帮助很多遭受神经损伤但并未失去神经连续性的患者进行神经组织的再生过程。

【5】Nat Biomed Eng:突破!科学家利用干细胞成功再生出心脏外层结构

新闻阅读:Researchers use stem cells to regenerate the external layer of a human heart

近日,刊登在国际杂志Nature Biomedical Engineering上的一项研究报告(doi:10.1038/s41551-016-0003)中,来自美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员通过研究利用干细胞成功再生出了人类心脏的心外膜细胞;研究者表示,早在2012年,我们就发现如果能够利用化学物质处理人类干细胞,使其连续激活干细胞并且抑制Wnt信号通路,就会促进干细胞转变成为心肌细胞,心肌作为心脏三层结构中的中间一层结构,其非常厚实,能够通过收缩向机体各部供血。

Wnt信号通路是由蛋白质组成的一种特殊的信号转导途径,其能够利用细胞表面受体将信号传入细胞内部。Xiaojun Lance Lian教授表示,我们需要为心脏祖细胞(cardiac progenitor cells)提供额外的信息使其转化成为心外膜细胞,但在这项研究之前,我们并不清楚这种特殊的信息是什么,如今通过研究发现,如果能够再次激活细胞中的Wnt信号通路,我们就能够重新驱动心脏祖细胞转变成为心外膜细胞,而不是心肌细胞。

这项研究或许能够帮助研究人员对机体整个心脏壁进行再生,通过形态学的评估和功能性的分析,研究者发现,制造出的心外膜细胞同人类机体中和实验室生长的心外膜细胞非常相似。那么最为关键的一点就是如何将心脏祖细胞转变成为心脏的心内膜细胞(心脏内层细胞),目前研究人员正在努力对该问题进行攻克。

【6】PNAS:突破性发现!抗癌药物或有望促进心脏组织再生

doi:10.1073/pnas.1621346114

日前,一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中,来自德州大学西南医学中心(UT Southwestern Medical Center)的研究人员通过研究发现,一种新型抗癌制剂或有望促进损伤的心肌组织进行再生,相关研究或为开发抑制充血性心力衰竭的新型疗法提供新的思路。

机体中的很多组织或细胞,比如血细胞以及肠道内壁组织都会在人的一生中持续再生,而其它组织,比如心脏组织则不会,因为心脏无法进行自我修复,而由心脏病发作引发的心脏损伤就会产生永久性的疤痕组织,这些损伤会频繁导致心脏功能的严重弱化,也就是引发心力衰竭。

多年以来,科学家Lawrence Lum及其同事一直在从事研究开发靶向作用Wnt信号分子的癌症药物,这些信号分子对于组织再生非常重要,但却会经常诱发癌症;人类机体中Wnt蛋白产生的关键就是Porcn酶(豪猪酶,porcupine enzyme),之所以对其这样命名,是因为缺失该基因的果蝇胚胎组织的结构类似豪猪,目前研究人员已经开发出了Porcn酶的抑制剂。

【7】Nature:重大突破!科学家发现低氧环境或许会诱发心脏再生!

doi:10.1038/nature20173

正常健康的心肌必须有富含氧气的血液供给,但近日一项刊登于Nature杂志上的研究报告中,来自西南医学中心的研究人员通过研究发现,将小鼠置于极端缺氧的环境中时小鼠也能够进行心肌再生。

文章中,研究者将小鼠生存环境中所呼吸的氧气的比例逐渐降低到7%(相当于珠穆朗玛峰山顶的氧气浓度),当小鼠在低氧环境中生存两周后,其机体的心肌细胞开始发生分裂和生长了,正常情况下在成体哺乳动物中心肌细胞并不能够进行分裂。此前研究者通过研究发现,新生哺乳动物的心脏有能力再生,这就类似于皮肤在损伤后能够自我修复一样,但随着动物年龄增长,在接下来的数周内,动物机体的心肌再生能力就会失去,也就是说心肌细胞必须“沐浴”在心脏种的富氧环境中。

研究者Hesham Sadek教授说道,成年人的心脏在心脏病发作后并没有能力进行任何深度修复,这也就是为何心脏病发作对机体会产生永久性的影响,虽然有悖常理,本文研究中研究者发现,明显降低氧气的暴露或许会避开因氧气而引发的细胞损伤,从而就会开启细胞的分裂模式,导致心脏再度生长。

【8】PNAS:可用于心脏再生的创新性“工具”

doi:10.1073/pnas.1608256113

心血管疾病是引发美国人群死亡的主要原因,每年都有四分之一的人死于心血管疾病,而且患者心脏病发作后5年的生存率不如大多数癌症,目前患者遭遇的最大问题就是其机体并不能进行有效的损伤后修复,近日来自休斯顿大学的研究者通过研究在此领域获得了巨大进展。研究者开发了一种新型策略来帮助患者进行心脏肌肉的再生,相关研究刊登于国际杂志PNAS上。

人类的心脏是一种并不能进行再生的器官,而且心肌细胞的数量会随着年龄增长而不断下降,在损伤期间细胞就会流失,比如心脏病发作等,损伤的细胞通常会被结缔组织移除,这称之为纤维化过程,该过程会导致心脏泵血功能的却是,而这就是心脏疾病同癌症一样死亡率较高的主要原因。

为了找到一种解决方法,研究者Liu和其同事对胚胎中心脏形成的机制进行了研究,他们非常好奇他们所发现的新型调节子是否能够将人类的成纤维细胞转化为心脏肌肉细胞。研究者Schwartz说道,我们首次通过研究来将人类的成纤维细胞转化为心肌细胞,而且我们希望这些microRNA调节子应该具有潜在的活性。

【9】Nat Med:科学家首次成功利用干细胞完成脊髓再生,或可用于治疗瘫痪

原文报道:To diagnose autism, we should be watching the eyes

最近,科学家们首次通过向大鼠移植干细胞并引起脊髓局部组织的再生,从而使它们重新获得自主运动能力。虽然这一技术还无法立即适用于人类的脊椎损伤治疗。不过,该研究打破了研究者们一直以来的传统看法:脊髓神经细胞无法再生。

起到功能的关键细胞叫做"脊髓皮质轴突",对于人类来说这部分细胞是最重要的"马达系统"。"此前该移植技术从未成功过",来自UCSD的研究者之一Mark Tuszynski说道:"许多人,包括我们,此前做了很多努力,但是都失败了"。

通过直接向受伤的大鼠体内移植干细胞并诱导分化成为脊髓细胞,这些动物的前肢运动能力得到了明显的增强。这些部分瘫痪的小鼠能够完成伸爪以及抓握动作。该结果打破了此前学界普遍认为的皮质脊髓神经元无法再生的观念。

【10】Nature Communications:肺组织损伤后灵巧再生

doi::10.1038/ncomms7727

一项新的合作研究描述了肺组织损伤后再生的方式。再生的细胞并不是典型的干细胞,而是成熟的肺细胞在响应伤害时做出的反应。来自宾夕法尼亚大学和杜克大学的研究人员发现,证实肺组织的修复比原来所认为的更加灵巧。这篇研究成果发表在最新的Nature Communications。

肺泡中的两种呼吸道细胞具有非常不同的功能。长而细的1型细胞,是气体(氧气和二氧化碳)交换的场所。2型细胞分泌表面活性剂,有助于保持气道开放。

研究人员在小鼠模型中发现这两种类型的细胞拥有相同的前体干细胞起源。接下来,研究小组在小鼠模型中取出部分肺组织并进行单细胞培养,以研究肺细胞再生的可塑性。他们发现,1型细胞可以变成2型细胞,反之亦然。

杜克大学的研究小组之前已经阐述过2型细胞有在成年小鼠充当祖细胞的功能,可分化成气体交换型的1细胞。不过没有报道1型细胞也有类似的能力。于是他们决定测试1型细胞,并发现大约三周后,1型细胞在各种再生模型下,都转变为2型细胞,新的细胞填充了被损伤的肺区域。这个过程随后被证实与TGFβ信号调控有关。(生物谷Bioon.com)

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