中国科学院广州生物医药与健康研究院(下称中科院广州生物院)研究院裴端卿及其团队,经过5年时间,研究通过化学方式,诱导细胞回到年轻状态的方法。实验中,通过制备“魔法药水”,给实验细胞“洗澡”,改变其化学结构,就能控制细胞命运转变方向。
生物学界认为,裴端卿的研究虽仍在实验阶段,但具有重要的现实意义。目前,相关研究成果论文已经在国际细胞学核心期刊发表。
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干细胞无异于
“初生的婴儿”
在中科院广州生物院的研究团队看来,要寻找实现“返老还童”,首先需要明确人类衰老的原因,以及内在原理。
根据裴端卿的说法,人体所有的细胞,都是由干细胞发育而来。目前的研究认为,人体的生理性衰老,是由包括干细胞衰退、DNA退化、衰老基因活跃等综合影响的结果。
由于干细胞具有无限增殖和多向分化能力,充满生机和可塑性,在裴端卿团队看来,干细胞无异于“初生的婴儿”。在此基础上,如果能够将各种细胞,通过技术手段逆转回到类似于干细胞的状态,变成“诱导多能干细胞(iPS cell)”,则可实现生理上的“返老还童”。
裴端卿介绍,除此之外,诱导多能干细胞,可以用于再生新的组织和器官,为疾病治疗和再生医学提供“种子”细胞来源。
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用“魔法药水”给细胞“洗澡”实现逆转
裴端卿介绍,成体细胞之所以无法回到干细胞状态,是因为被转录因子锁住,如果没有密码,则无法前行。例如,开放染色质位点周围有AP-1及ETS等转录因子守住;在胚胎干细胞中,则有OCT、SOX和KLF 等转录因子守住。
“实际上,细胞的‘返老还童’,就是开放到关闭,关闭再到开放的更替过程。”裴端卿说,通过进一步对单个小分子药物“解锁”密码的机制进行研究,团队成员发现,关键小分子Brdu,可以直接作用于DNA结构本身,进而调节染色质密码状态。
“Brdu是一个简单的核苷类似物,可以推动细胞命运的逆转,为开发更加高效、简单地用于细胞‘返老还童’的小分子提供突破口。”裴端卿说。
5年的研究,裴端卿团队通过化学方法制备干细胞,为优化制备途径提出新的视角和解决方案。裴端卿说,这种化学方法,可以理解为制备一套“魔法药水”,为细胞“洗澡”。经过这一过程后,多种体细胞类型便能变成干细胞。
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再生医学
应用前景广泛
裴端卿的制备方法,被称为“化合物诱导干细胞多能性”,英文简称CIP。这一方案,需要用两种不同的“药水”依次给细胞“洗澡”,相比较前人采用的方案,更加简单、高效,所需的初始细胞量更加少。更重要的是,这一方法可以实现多种体细胞类型“返老还童”,包括在体外极难培养的肝细胞。
“魔法药水”如何让成体细胞回到胚胎发育早期的干细胞状态?裴端卿介绍,在个体中,所有的细胞都拥有同样的染色质,之所以会形成形态各异、功能不同的各种细胞,是因为细胞在发生可识别的形态变化之前,就因受到约束,而向特定方向分化。这种约束,决定细胞未来的发育结果。
裴端卿团队研究发现,这种约束细胞形态变化的“指令”,来自于细胞核内部的染色质状态。细胞染色质的开放与关闭,构成决定细胞命运的状态,“这种情况,就犹如计算机二进制的‘密码串’,进而将细胞‘锁’在特定状态。”
所谓“魔法药水”,正是通过药物来精准调节细胞染色质“密码串”上的状态。在过程上,首先采用一组药物将体细胞命运状态“解锁”,进而采用另一组药物,将细胞命运驱动到多能干细胞状态,进而实现细胞的“返老还童”。
裴端卿说,新的制备方法,将具有广阔的市场应用前景。与此同时,还将为开辟药物诱导细胞命运转变提供新方向,“推动干细胞及再生医学的发展,服务于我国的医疗与卫生事业。广泛应用后,将使我国在这一领域处于世界领先的地位。”
多名生物学专家指出,尽管裴端卿团队的研究,目前仍在实验室阶段,距离实际应用尚有距离,但仍然具有重要意义。
据新华网