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Cardiovasc Res:成功诱导干细胞分化为两种不同功能的血管平滑肌细胞

  1. Cardiovasc Res
  2. 功能
  3. 干细胞
  4. 血管平滑肌细胞

来源:生物谷 2012-12-22 00:34

2012年12月22日 讯 /生物谷BIOON/ --在实验室条件下使得新型血管再生非常困难,然而来自约翰霍普金斯大学的工程师们解决了这一难题,相关研究成果刊登于国际杂志Cardiovascular Research上,文章中,研究者揭示了其如何促使干细胞分化成为两种不同类型的组织,而这些类型的组织可以构建静脉和动脉的微型网络。

2012年12月22日 讯 /生物谷BIOON/ --在实验室条件下使得新型血管再生非常困难,然而来自约翰霍普金斯大学的工程师们解决了这一难题,相关研究成果刊登于国际杂志Cardiovascular Research上,文章中,研究者揭示了其如何促使干细胞分化成为两种不同类型的组织,而这些类型的组织可以构建静脉和动脉的微型网络。

研究者Sharon Gerecht说,我们的长期研究目标是给医生们提供一种工具,帮助其治疗那些血液输送存在问题的患者,在研究中我们发现了如何诱导干细胞变成重要的成分来产生新型的血管网络是我们研究重要的一步。

研究中,研究者重点对血管平滑肌细胞进行了研究,这些细胞是血管内壁细胞,目前已经鉴别出了两种,合成平滑肌细胞,其可以通过外围组织进行迁移、分化,版主补充新形成的血管;另外一种为收缩性的平滑肌细胞,其可以固定在原位,稳定新血管的生长以及帮助这些新形成的血管维持合适的血压。

为了产生这些平滑肌细胞,研究者对人类胚胎干细胞进行操作,并且诱导多能型的干细胞,这种诱导的多能型干细胞是成人的细胞,其在遗传上具有重编程作用,与胚胎干细胞较为相似。研究中使用胚胎干细胞,因为其具有分化潜能,可以分化为机体特殊器官需要的特殊的细胞类型。

早期研究中,研究者可以诱导干细胞变为特定组织,其类似平滑肌肌细胞,但是细胞行为不太正确。在最新研究中,研究者通过在此前的干细胞中添加不同浓度的生长因子以及血清来诱导干细胞进行分化,生长因子是干细胞消耗的“食品”,而血清是包含血细胞的液体组分。

研究者表示,当我们添加生长因子和血清时,干细胞就会特异性地分化成为综合性的平滑肌细胞,但是当我们添加较少量的生长因子和血清时,这些干细胞就会转变为收缩性的平滑肌细胞。

在实验室,控制平滑肌细胞形成类型的能力对于开发新型血管网络非常重要,当我们构建出一个流水线来运输血液时,我们就需要收缩细胞来提供结构和稳定性,但是在非常小型的血管中,这种迁移性的合成性细胞就变得非常有用了。

癌症中,机体形成小血管来供给肿瘤营养物质,当前的研究工作也能够帮助研究者理解肿瘤中血管是如何形成网络的,这将对于治疗肿瘤非常有帮助。研究者表示,他们将继续进行深入研究,来在实验室彻底完成血管网络的构建,但是当前控制干细胞按照既定方向分化已经是一大进展了。相关研究成果由美国心脏协会及美国国立卫生院提供资助。(生物谷Bioon.com)

Derivation and maturation of synthetic and contractile vascular smooth muscle cells from human pluripotent stem cells

Maureen Wanjare, Frederick Kuo and Sharon Gerecht*

Aims Embryonic vascular smooth muscle cells (vSMCs) have a synthetic phenotype; in adults, they commit to the mature contractile phenotype. Research shows that human pluripotent stem cells (hPSCs) differentiate into vSMCs, but nobody has yet documented their maturation into the synthetic or contractile phenotypes. This study sought to control the fate decisions of hPSC derivatives to guide their maturation towards a desired phenotype. Methods and results The long-term differentiation of hPSCs, including the integration-free-induced PSC line, in high serum with platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB) and transforming growth factor-β1, allowed us to induce the synthetic vSMC (Syn-vSMC) phenotype with increased extracellular matrix (ECM) protein expression and reduced expression of contractile proteins. By monitoring the expression of two contractile proteins, smooth muscle myosin heavy chain (SMMHC) and elastin, we show that serum starvation and PDGF-BB deprivation caused maturation towards the contractile vSMC (Con-vSMC) phenotype. Con-vSMCs differ distinctively from Syn-vSMC derivatives in their condensed morphology, prominent filamentous arrangement of cytoskeleton proteins, production and assembly of elastin, low proliferation, numerous and active caveolae, enlarged endoplasmic reticulum, and ample stress fibres and bundles, as well as their high contractility. When transplanted subcutaneously into nude mice, the human Con-vSMCs aligned next to the host's growing functional vasculature, with occasional circumferential wrapping and vascular tube narrowing. Conclusion We control hPSC differentiation into synthetic or contractile phenotypes by using appropriate concentrations of relevant factors. Deriving Con-vSMCs from an integration-free hiPSC line may prove useful for regenerative therapy involving blood vessel differentiation and stabilization.

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