找到再造个体生命的可能!清华药学院丁胜团队突破性成果发表

今日热点 2022-06-22 17:27 43

摘要:清华大学药学院丁胜团队研究成果主要参与者合影。本文图片均由清华大学供图拔下一把毫毛,丢在口中嚼碎,吹一口仙气,叫一声“变”,就能瞬间蹦出两三百个小猴子,和孙...

清华大学药学院丁胜团队研究成果主要参与者合影。本文图片均由清华大学供图

清华大学药学院丁胜团队研究成果主要参与者合影。本文所有图片均由清华大学提供。

拔一把头发,“长新冠”为何会疲劳、脑雾?顶刊揭示新冠病毒引发神经炎症扔到嘴里,嚼碎,吸一口灰尘,叫一声“变”。可以瞬间跳出两三百只小猴子,和孙悟空一起痛打敌人。400多年前,吴承恩在《西游记》年梦见了“再生”。

6月22日,今日热点从清华大学获悉,在一代又一代科学家的不懈努力下,吴承恩的设想逐渐成真。站在前人的肩膀上,清华大学药学院丁声生教授及其团队以哺乳动物小鼠为主要研究对象,经过6年多的研究,首次找到了定向诱导和体外稳定培养全能干细胞的“神奇药水”。未来不仅是小说中孙悟空身上的毛发,动物体内的血液、皮肤等任何体细胞都可以被重编程为多能干细胞,进而成为服药后可以独立形成生命的多能干细胞。

丁胜教授及其团队的突破性研究成果3354 《采用小分子鸡尾酒组合诱导小鼠全能干细胞》于2022年6月21日由国际顶级学术期刊《自然》 (Nature)在线发表。这项研究标志着一个新的生命创造研究领域的开始。

从颠覆性的创造生命的构想,到发现新的生命起点。

据研究团队介绍,从克隆技术到再生医学,如何在自然胚胎孕育之外寻找其他创造或恢复生命的方式,一直是生命科学领域追求的目标。它吸引了一代又一代的科学家投入其中,相关的重大成果更是受到历届诺贝尔奖的青睐。这个生命的终极问题也推动着丁胜去探索答案,做出最新的突破性发现。

从“一只老鼠跳出了孵化器”的科学想象出发,丁胜教授的团队发现了一种全新的药物组合,可以特异性地诱导一种具有转化为完整生物体潜力的全能性干细胞。这种创新的替代路径——,对于从更成熟的细胞中获得生命最早的起始细胞,而不是使用生殖细胞(精子和卵子),具有广泛的意义。这种以非自然方式创造生命起点的发现,是生物学领域的圣杯。

同时,研究人员可以在实验室中维持诱导细胞的全能性(胚胎内和胚胎外分化潜能),并为后续研究提供稳定的系统,以揭开生命创造的奥秘。研究人员指出,这个系统非常重要,因为它将使许多关于生命起源的科学研究成为可能。例如,科学家可以利用这个系统来深入了解和操纵全能干细胞,以更好地理解生命开始时高度协调的过程。“在生命形成之前,特定的细胞必须在特定的时间和地点出现,”丁胜说。“没有适当的工具,我们无法深入研究这个问题。从这个角度来看,这一研究发现为探索生命起源迈出了重要一步,为该领域的后续研究奠定了坚实的基础,开启了巨大的机遇。”

生命的起点是一个细胞。血液、大脑和肝脏细胞都可以追溯到这个单细胞胚胎或受精卵。在自然界中,精子和卵子结合产生受精卵,受精卵会分裂形成新的细胞,新的细胞会继续分裂并逐渐特化,即产生组织器官的特异性和功能。这个过程是不可逆的。一旦单细胞胚胎分裂并达到双细胞胚胎阶段,细胞将很快失去产生活体个体的能力,并分化成所有类型的胚胎内和胚胎外细胞。

“通常情况下,除了全能干细胞,没有其他干细胞可以独立形成生命。为了更好地研究和控制全能干细胞,我们建立了一个可以诱导和维持这些细胞的系统,并采用严格的标准来确认全能干细胞的身份。”丁胜解释道。

20年的研究创造了再造个体生命的可能性。

凭借20年对细胞命运的理解和通过化合物调节干细胞的研究,丁胜带领团队选择和筛选了数千种小分子组合。通过多轮分析,丁胜的团队发现并最终确定了三种小分子的组合,它们可以诱导小鼠多能干细胞成为具有全能性特征的细胞。

研究小组称这种分子组合为鸡尾酒药物组合。“TAW中的每个字母都代表一种已知的分子,可以调节特定细胞的命运,但直到这项研究,他们才诱导出全能干细胞的联合作用。”丁胜说。

研究小组详细验证了TAW诱导的细胞,包括它们的全能性和非全能性。这些细胞在转录组、表观遗传组和代谢组的各个水平都通过了严格的分子检测标准。例如,研究小组发现数百个关键基因在TAW细胞中被开启。这些基因通常存在于全能干细胞中,并被该领域的其他研究人员视为确定全能天津暴雨性质的标准。同时,与多能干细胞相关的基因在TAW细胞中是沉默的。

为了进一步证明TAW细胞的真正全能性,研究小组在体外测试了它们的分化潜力,并将其注射到早期小鼠胚胎中,以观察它们在体内的分化潜力。发现这些细胞不仅在培养皿中表现出真正全能性干细胞的特征,而且在体内分化为体外和胚胎外谱系。它们具有发育成胎儿、卵黄囊及其周围胎盘的潜能,这是常见全能干细胞的典型特征,而多能细胞只能发育成胎儿。

此外,当研究人员在特殊的培养条件下培养由TAW鸡尾酒药物组合诱导的全能性干细胞时,新细胞也表现出类似的全能性特征。这一观察表明,TAW诱导的细胞可以在实验室环境中保持全能性,从而建立稳定的系统。

oinstyle="miter"/> 从mESC 到 ciTotiSC 的化学定向诱导(OCT4l绿色荧光标记的是多能干细胞,MERVL红色荧光标记的是全能干细胞)

从mESC 到 ciTotiSC 的化学定向诱导(OCT4l绿色荧光标记的是多能干细胞,MERVL红色荧光标记的是全能干细胞)

研究团队指出,深入理解并掌握全能干细胞的意义深远,例如,它为再次创造个体生命甚至加速不同物种的进化创造了可能。丁胜表示,“作为科学家,我们会专注于推动科学发现,并为未来的研究者奠定科学研究与社会伦理层面决策的知识与工具。科学极限的突破或可推动公共政策的改革,合理调整科学研究与社会伦理的平衡,让科学能有更多探索的空间,为人类的发展拓宽边界。”
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