加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的策略，可以有效地分離，成熟和移植由人類多能干細(xì)胞產(chǎn)生的骨骼肌細(xì)胞，該細(xì)胞可以產(chǎn)生人體的所有細(xì)胞類型。這些發(fā)現(xiàn)是朝著開發(fā)包括杜興肌營(yíng)養(yǎng)不良癥在內(nèi)的肌肉疾病進(jìn)行干細(xì)胞替代療法邁出的重要一步，該疾病在美國(guó)影響了大約5,000個(gè)男孩中的1個(gè)，是最常見的兒童致命性遺傳疾病。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然細(xì)胞生物學(xué)》雜志上，由資深作者April L. Pyle發(fā)表，他是微生物學(xué)，免疫學(xué)和分子遺傳學(xué)副教授，也是UCLA Eli and Edythe再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞研究中心的成員。研究人員以人類的自然發(fā)育過(guò)程為指導(dǎo)，開發(fā)了在實(shí)驗(yàn)室中使肌肉細(xì)胞成熟的方法，以創(chuàng)建恢復(fù)肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白的肌纖維，肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白是杜興氏男孩肌肉中缺失的蛋白質(zhì)。
沒有肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白，肌肉會(huì)退化并逐漸變?nèi)酢６排d氏癥狀通常始于兒童早期。病人逐漸失去活動(dòng)能力，通常死于20歲左右的心臟病或呼吸衰竭。目前尚無(wú)方法可以逆轉(zhuǎn)或治愈該疾病。
多年以來(lái)，科學(xué)家一直在嘗試各種不同的方法來(lái)指導(dǎo)人類多能干細(xì)胞產(chǎn)生骨骼肌干細(xì)胞，這些骨骼肌干細(xì)胞可以在活體肌肉中適當(dāng)發(fā)揮功能并再生產(chǎn)生肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白的肌肉纖維。但是，由Pyle領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)，目前的方法效率不高。它們產(chǎn)生的不成熟細(xì)胞不適用于在實(shí)驗(yàn)室中模擬杜興氏菌，也不適合用于治療該疾病的細(xì)胞替代療法。
派爾說(shuō)：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，僅僅因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)了肌肉標(biāo)志物，并不意味著它就具有完整的功能。”“對(duì)于干細(xì)胞治療杜氏向前發(fā)展，我們必須有一個(gè)更好的理解我們是從人類多能干細(xì)胞產(chǎn)生相較于人體，并且在開發(fā)過(guò)程中，自然中發(fā)現(xiàn)的肌肉干細(xì)胞的細(xì)胞”
通過(guò)分析在人類發(fā)展過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)了胎兒骨骼肌細(xì)胞異常再生。在對(duì)這些胎兒肌肉細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步分析后，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的細(xì)胞表面標(biāo)記，稱為ERBB3和NGFR。這使研究者能夠從人體組織中精確分離出肌肉細(xì)胞，并將它們與使用人類多能干細(xì)胞產(chǎn)生的各種細(xì)胞類型分離。
一旦他們能夠使用新發(fā)現(xiàn)的表面標(biāo)記物分離出骨骼肌細(xì)胞，研究團(tuán)隊(duì)便在實(shí)驗(yàn)室中使這些細(xì)胞成熟，以產(chǎn)生產(chǎn)生肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白的肌纖維。他們創(chuàng)造的肌纖維是均勻的肌細(xì)胞，但其纖維仍比真實(shí)人類肌肉中的纖維小。
該研究的主要作者邁克爾·?？怂拐f(shuō)：“我們?nèi)鄙倭肆硪粋€(gè)關(guān)鍵要素。”他解釋說(shuō)，骨骼肌細(xì)胞未完全成熟。“我們需要更大，更強(qiáng)壯的肌肉，同時(shí)還要具有收縮的能力。”
團(tuán)隊(duì)再次向人類發(fā)展的自然階段尋求答案。?？怂拱l(fā)現(xiàn)，需要關(guān)閉稱為TGF Beta的特定細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑，才能生成包含有助于肌肉收縮的蛋白質(zhì)的骨骼肌纖維。最后，研究小組在Duchenne小鼠模型中測(cè)試了他們的新方法。
希克斯說(shuō)：“我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是開發(fā)一種個(gè)性化的細(xì)胞替代療法，利用患者自身的細(xì)胞來(lái)治療患有杜興病的男孩。”“因此，對(duì)于這項(xiàng)研究，我們從頭到尾遵循了與為人類患者創(chuàng)建這些細(xì)胞時(shí)所遵循的相同步驟。”
首先，將Duchenne患者細(xì)胞重新編程為多能干細(xì)胞。研究人員隨后使用基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9消除了導(dǎo)致杜氏癥的基因突變。使用ERBB3和NGFR表面標(biāo)記，分離出骨骼肌細(xì)胞，然后在同時(shí)施用TGF Beta抑制劑的情況下將其注射到小鼠體內(nèi)。
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