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北京大学邓宏魁课题组建立人潜能扩展多能干细胞(EPS细胞)的培养体系

来源:北京大学 2021-06-10 21:37








近日,北京大学生命科学学院邓宏魁研究组在Nature Communications杂志上发表了题为“Chemically Defined and Xeno-free Culture Condition for Human Extended Pluripotent Stem Cells”的研究论文,在体外建立了成分明确、无异源成分的人潜能扩展多能干细胞(EPS细胞)的培养体系,并利用该体系建立了将体细胞诱导为无异源人EPS细胞的重编程诱导方法。

如何建立高质量的多能干细胞一直是干细胞研究的核心问题。EPS细胞是2017年邓宏魁研究组建立的一类具有全能性功能特征的多能干细胞,同时具有胚内和胚外组织的发育潜能(Yang et al., 2017)。自建立以来,EPS细胞得到了广泛的应用。邓宏魁研究组利用EPS细胞建立了快速制备基因修饰动物模型的技术(Li et al., 2019a),并利用人EPS细胞高效制备功能性肝细胞(EPS-Heps)(Wang et al., 2020),与传统人多能干细胞制备的肝细胞相比,EPS-Heps在转录谱上更类似于人原代肝细胞。该研究结果突出了EPS细胞产生功能性细胞的应用潜力,可以为体外制备功能细胞提供更好的来源。国际其他研究组也在EPS细胞的研究和应用中取得了一系列重要进展,利用EPS细胞在体外构建功能性的早期胚胎结构(Li et al., 2019b; Sozen et al., 2019);将人EPS细胞注射到食蟹猴早期囊胚中,制备了人猴嵌合体胚胎,并成功使胚胎存活时间达到20天,这是目前猴子胚胎体外培养能达到的最长时长(Tan et al., 2021)。这些研究都表明EPS细胞具有广泛的应用前景和优势。但是,人EPS细胞的培养依赖于饲养层细胞,制约了EPS细胞的进一步转化应用。

为了解决这一问题,邓宏魁研究组通过对饲养层分泌的细胞因子和胞外基质等进行研究,建立了成分确定的,无异源的培养体系(xeno-free EPS culture condition)。无饲养层、无异源体系培养的人EPS细胞能够在体外长期稳定地培养60代以上,且能维持人EPS细胞的基本性质。转录组分析表明,无异源人EPS细胞具有和饲养层细胞培养的人EPS细胞相似的整体表达谱,与EPS特性相关的早期胚胎富集的基因模块在无异源培养的人EPS细胞同样富集。而且,利用该培养体系与重编程技术结合能高效建立人体细胞来源的无异源成分的人EPS细胞系,为制备人EPS细胞提供了新的方法。

邓宏魁研究组进一步系统研究了无异源培养的人EPS细胞的胚外发育潜能,将其注射到早期小鼠胚胎后,能够稳定地嵌合到小鼠胚胎期E6.5天的胚内和胚外组织。进一步的实验发现,无异源的人EPS细胞若培养在滋养层干细胞培养基中,能够转化成滋养层干细胞类似性质的细胞;ATAC-seq测序结果发现在无异源的人EPS细胞中,与胚外发育相关的基因位点处于更开放的状态(图2)。这些结果都证明无异源培养的人EPS细胞具备胚外组织的发育潜能。(生物谷Bioon.com)
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