新方法允许长期培养成体干细胞

马萨诸塞州综合医院(MGH)开发的一种新方法可能会彻底改变成体干细胞的培养。该研究小组在8月6日出版的“ 细胞干细胞”杂志上发表的报告中，描述了在常规肺部疾病治疗期间收集的各种组织样本中产生和扩展气道干细胞。整体方法似乎适用于其他几种组织类型，包括皮肤和胃肠道和生殖道的衬里。

“这种新方法为任何气道疾病(如哮喘或COPD)的研究开辟了新的途径，”该报告的高级作者，MGH再生医学中心和哈佛干细胞研究所的医学博士Jayaraj Rajagopal说。“虽然过去我们只能将干细胞扩展几代，但现在我们有能力产生足够的细胞来经历多个实验室多年的实验。我们的系统也非常简单，避免了以前的文化系统的复杂性和制作它更容易被许多实验室所接受。“

有人提出许多假设来解释维持干细胞培养的能力有限 - 包括保护染色体末端和细胞衰老的端粒的丢失，这是一种停止生长的衰老形式。Rajagopal的研究小组专注于一种细胞信号通路，该通路已知可调节细胞生长和分化的关键过程，其中细胞变得更加专业化并失去产生其他类型细胞的能力。通过TGF-β和骨形态发生蛋白(BMP)等蛋白质激活，该途径通过称为SMAD的细胞内蛋白质将信号传递到细胞核。

研究人员研究了抑制SMAD途径是否可以通过预防分化来促进培养的成体干细胞的扩增。在一系列实验中，他们首先证实TGF-β/ BMP和SMAD信号传导在分化细胞中都是有活性的但不是成体干细胞。在显示阻断SMAD信号传导可阻止气道干细胞与小鼠分化后，他们发现阻断TGF-β和BMP途径可使许多代气道干细胞扩增。他们能够从支气管镜检查期间采集的样本中产生人气道干细胞，这是一种常规用于诊断或监测气道疾病的程序。值得注意的是，研究人员还成功地从一些痰液样本中产生和维持气道干细胞，痰液是在咳嗽期间从呼吸道排出的液体。

“如果我们能找到诱导含有大量干细胞的咳嗽样本的方法，我们的技术将代表从任何器官获得任何干细胞的侵入性最小的方法，如果我们能够改进从100%获得干细胞培养的方法痰标本，我们可以在实验室采集样本来研究肺病，其侵袭性低于抽血，“Rajagopal说。

“我们还发现，同样的方法适用于身体的许多组织 - 从皮肤到食道到乳腺。许多这些器官组织目前无法培养，因此这些领域的科学家是否能够进行研究还有待观察从其他微创手术获得的样本中生长干细胞，包括分泌物的收集。如果所有这一切成为可能，它将代表疾病的个性化医疗方法向前迈出一大步，“他说。

Rajagopal是哈佛医学院医学副教授，他阐述了维持和扩大成体干细胞群的能力将改善疾病过程的模型，允许用来自个体患者的细胞筛选潜在的治疗药物，并使人类“敲除/敲入”细胞模型使用强大的CRISPR-Cas9基因编辑技术。“在许多疾病中 - 特别是肺部疾病 - 老鼠是一种非常糟糕的人类疾病模型，因此这种能力确实开辟了将人类遗传学应用于人类肺细胞和疾病模型的新视野。”

他补充说，这项技术应该通过消除传统上用于支持培养中的气道干细胞的小鼠细胞引入污染物的风险来提高干细胞疗法的安全性。虽然新方法通过许多代保持成体干细胞的功能，但最终它们确实开始恶化，这使得减少甚至消除这种功能丧失是下一个重要目标。“我们有很多想法和合作，试图找出使这些细胞近乎完美的方法，”Rajagopal说。“问题可能是遗传或表观遗传，而且MGH在这两个调查领域都有相当的专业知识。”