研究人員克服干細胞傳遞障礙為再生醫(yī)學鋪平道路

最近發(fā)表在NanoLetters上的一項研究介紹了一種將顆粒輸送到干細胞中的新方法，而干細胞是出了名的難以穿透。這一發(fā)現(xiàn)將使指導和加強再生醫(yī)學所涉及的過程變得更加容易。

再生醫(yī)學利用了這樣一個事實，即我們身體的干細胞可以變成許多其他細胞類型，這些細胞類型對于組織和器官的再生至關(guān)重要，例如心臟或神經(jīng)細胞。

每種類型的細胞都有專門的特性和功能，因此利用干細胞發(fā)育的潛力意味著再生醫(yī)學為許多疾病提供了一些最有希望的治療方法。

為了控制干細胞變成的細胞類型，科學家需要通過將遺傳信息插入干細胞的細胞核來重新編程細胞的基因，就像操作員調(diào)整鐵軌以改變火車的方向一樣。

然而，干細胞具有強大的保護作用，可以阻止任何東西進入，類似于我們的皮膚，因此操縱干細胞的分化一直存在問題。

研究人員一直致力于使用大鼠干細胞來克服這一問題，并創(chuàng)造了一種繞過細胞保護屏障的方法。

來自中國西交利物浦大學(XJTLU)的阮剛博士和通訊作者說：“我們的新方法意味著我們可以更快、更有效地將遺傳信息傳遞給干細胞，并控制細胞的種類他們成為。”

同樣來自西交利物浦大學的文曉偉博士和通訊作者補充說：“能夠用這種新方法控制細胞分化意味著我們可以提高干細胞治療的效率，因為我們可以更好地控制細胞轉(zhuǎn)化成什么。這意味著更少細胞將被浪費，我們將需要更少的細胞來幫助再生或修復受損的組織和器官。

“這反過來又降低了成本并提高了患者的生活質(zhì)量，因為可以使用干細胞而不是供應(yīng)有限的供體器官。”

腳手架解決方案

溫博士解釋了為什么需要新技術(shù)來利用干細胞的獨特特性。

“隨著年齡的增長，我們體內(nèi)干細胞的數(shù)量急劇減少。因此，為了利用它們再生受損細胞組織和器官的潛力，我們需要將它們植入體內(nèi)。

“不幸的是，引入的干細胞一旦進入體內(nèi)通常會在大約一周內(nèi)死亡，但可能需要大約四個星期才能分化成其他細胞類型。

“因此，在我們的實驗室中，我們在體外培養(yǎng)干細胞。然后使用我們的新方法，我們可以使用納米粒子將特定的遺傳信息插入細胞，使它們變成特定類型的細胞。

“一旦細胞分化成目標細胞類型，我們就會將它們放入身體組織受損的區(qū)域，以便它們幫助恢復組織。”

在之前的一項研究中，該團隊確定了將納米粒子輸送到干細胞過程中的瓶頸。他們表明納米顆粒被困在氣泡狀囊泡中，阻止它們進入干細胞，但尚不清楚原因。

突破壁壘

為了了解如何克服干細胞屏障帶來的困難，研究人員團隊研究了改善納米粒子跨細胞膜運動的方法，納米粒子可以攜帶遺傳信息，指導干細胞轉(zhuǎn)化為新的細胞類型.

“我們嘗試了許多在其他細胞類型中有效的方法，但我們發(fā)現(xiàn)其中大部分都慘遭失敗，即使是那些我們寄予厚望的方法，”阮博士說。

“最終，我們發(fā)現(xiàn)用一種聚合物包裹納米粒子有助于它們進入干細胞。

“與未涂層的納米粒子不同，涂層納米粒子避免陷入囊泡中。事實上，它們似乎完全繞過了囊泡并更直接地進入細胞。

“這實際上不是我們預期會成功的方法。”

目前尚不清楚涂層為何起作用，但這一發(fā)現(xiàn)將有助于更有效地將遺傳信息傳遞給干細胞，從而更容易控制它們變成哪些細胞。

然而，該團隊認識到在將這種方法用于臨床之前還有很長的路要走。

阮博士說：“我們不僅需要進一步優(yōu)化進入細胞的遞送，還需要精確控制它何時發(fā)生。”

“但這是朝著正確方向邁出的步。”

通過破壞發(fā)現(xiàn)

盡管涂層納米粒子更容易進入干細胞的發(fā)現(xiàn)有助于解決遞送問題，但為什么干細胞如此難以進入的根本問題仍然存在。

因此，該團隊研究了干細胞周圍的屏障，即細胞膜，以了解哪些特征賦予了它們?nèi)绱霜毺氐奶匦浴?/p>

他們從六只老鼠身上采集了干細胞樣本，并使用一種叫做超聲波發(fā)生器的裝置，就像一個微型氣動鉆，來分解細胞，然后測量損傷量。

他們發(fā)現(xiàn)，與更容易將遺傳信息轉(zhuǎn)移到其中的其他細胞類型相比，干細胞膜更難被破壞。

“在超聲處理時，干細胞膜似乎比其他類型的細胞更堅固。研究的初步結(jié)果還表明，干細胞的細胞膜中含有更多的膽固醇，”阮博士說。

“這種額外的膽固醇使細胞膜更加堅硬，類似于我們血管中膽固醇引起的問題。這可能就是為什么納米顆粒很難穿過干細胞膜的原因，盡管需要更多的研究來證實這一點”

雖然結(jié)果是初步的，但這種對干細胞特性的理解將進一步幫助開發(fā)使用涂層納米顆粒的干細胞遞送和未來再生療法的優(yōu)化。

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