《自然》：科學(xué)家將皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化為感光細(xì)胞 成功恢復(fù)小鼠視力
2020-04-17
來(lái)源：前瞻網(wǎng)
研究人員發(fā)現(xiàn)了一種直接將皮膚細(xì)胞重新編程成用于視覺(jué)的光敏棒感光器的技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室制造的桿狀體使失明的老鼠能夠在細(xì)胞移植到動(dòng)物眼睛后探測(cè)到光線。這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)家眼科研究所(NEI)資助，發(fā)表在4月15日的《自然》雜志上。
到目前為止，研究人員已經(jīng)通過(guò)從皮膚或血細(xì)胞中制造干細(xì)胞來(lái)替代動(dòng)物模型中死亡的光感受器，將這些干細(xì)胞編程成光感受器，然后將其移植到眼睛的后部。在這項(xiàng)新的研究中，科學(xué)家們表示，有可能跳過(guò)干細(xì)胞中間步驟，直接將皮膚細(xì)胞重新編程為感光細(xì)胞，以便移植到視網(wǎng)膜上。
“這是一個(gè)研究表明直接化學(xué)重新編程可以產(chǎn)生類似視網(wǎng)膜細(xì)胞，這給了我們一個(gè)新的和更快的發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)治療年齡相關(guān)性黃斑變性等視網(wǎng)膜疾病引起的光感受器喪失?！?NEI神經(jīng)生物學(xué)、神經(jīng)退化和修復(fù)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)調(diào)查員Anand Swaroop博士說(shuō)，他關(guān)注重組桿狀感光細(xì)胞的基因表達(dá)特征分析。
“直接的好處是能夠快速建立疾病模型，這樣我們就可以研究疾病的機(jī)制。新戰(zhàn)略還將幫助我們?cè)O(shè)計(jì)更好的細(xì)胞替代方法。
在過(guò)去的十年里，科學(xué)家們對(duì)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是在實(shí)驗(yàn)室里從成人細(xì)胞而不是胎兒組織中培育出來(lái)的，可以用來(lái)制造幾乎任何類型的替代細(xì)胞或組織。但是，iPS細(xì)胞重編程協(xié)議可能需要6個(gè)月的時(shí)間才能使細(xì)胞或組織為移植做好準(zhǔn)備。相比之下，本研究中描述的直接重新編程僅在10天內(nèi)舊將皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)成可移植的功能性光受體。研究人員用老鼠和人類的皮膚細(xì)胞在老鼠的眼睛上演示了他們的技術(shù)。
“我們的技術(shù)直接從皮膚細(xì)胞進(jìn)入感光細(xì)胞，而不需要中間的干細(xì)胞?！痹撗芯康难芯繂T、CIRC醫(yī)療公司和視網(wǎng)膜創(chuàng)新中心的執(zhí)行官兼總裁、醫(yī)學(xué)博士Sai Chavala說(shuō)。他還是德克薩斯州KE眼科中心的視網(wǎng)膜服務(wù)主任，同時(shí)也是德克薩斯基督教大學(xué)和北德克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心醫(yī)學(xué)院(UNTHSC)的外科教授。
直接重新編程包括將皮膚細(xì)胞浸泡在五種小分子化合物的混合物中，這五種化合物一起通過(guò)化學(xué)方式介導(dǎo)與桿狀光感受器細(xì)胞命運(yùn)相關(guān)的分子通路。其結(jié)果是桿狀光感受器在外觀和功能上模仿天然桿狀物。
研究人員進(jìn)行了基因表達(dá)譜分析，結(jié)果表明新細(xì)胞表達(dá)的基因與真桿狀光感受器表達(dá)的基因相似。與此同時(shí)，與皮膚細(xì)胞功能相關(guān)的基因被下調(diào)。
研究人員將這些細(xì)胞移植到患有視網(wǎng)膜退化的小鼠體內(nèi)，然后測(cè)試它們的瞳孔反射，這是一種測(cè)量移植后光感受器功能的方法。在弱光條件下，瞳孔的收縮取決于視桿感受器的功能。在移植后的一個(gè)月內(nèi)，14只小鼠中有6只(43%)在低光照條件下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的瞳孔收縮，而未接受治療的對(duì)照組則沒(méi)有。
此外，與沒(méi)有瞳孔反應(yīng)的經(jīng)治療小鼠和未進(jìn)行對(duì)照治療的小鼠相比，有瞳孔收縮的經(jīng)治療的小鼠明顯更有可能在黑暗空間中尋找和逗留。對(duì)黑暗空間的偏好是一種需要視覺(jué)的行為，反映了老鼠尋找安全、黑暗的地方的自然傾向，而不是光明的地方。
“即使是視網(wǎng)膜嚴(yán)重退化的小鼠，很少擁有活的殘留感光細(xì)胞，對(duì)移植也有反應(yīng)?！边@項(xiàng)研究的一作者、UNTHSC的研究科學(xué)家Biraj Mahato博士說(shuō): “這種發(fā)現(xiàn)表明，觀察到的改善是由于實(shí)驗(yàn)室制造的感光細(xì)胞，而不是宿主現(xiàn)有健康光感受器的輔助作用的支持?！?/span>
移植后3個(gè)月，免疫熒光研究證實(shí)了實(shí)驗(yàn)室制造的光感受器的存活，以及它們與視網(wǎng)膜內(nèi)神經(jīng)元的突觸連接。
進(jìn)一步的研究需要優(yōu)化方案，以增加功能性移植光感受器的數(shù)量。
重要的是，研究人員弄清了這種直接的重新編程是如何在細(xì)胞水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)的。這些發(fā)現(xiàn)有助于研究人員不僅將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于視網(wǎng)膜，而且應(yīng)用于許多其它類型的細(xì)胞?！?Swaroop說(shuō)。
“如果這種直接轉(zhuǎn)化的效率可以提高，可能會(huì)大大減少開發(fā)潛在的細(xì)胞治療產(chǎn)品或疾病模型所需的時(shí)間?！盞apil Bharti博士說(shuō)，他是NEI眼科和干細(xì)胞轉(zhuǎn)化研究部門的高級(jí)研究員和負(fù)責(zé)人。
原文來(lái)源：https://medicalxpress.com/news/2020-04-sight-mice-skin-cells-light-sensing.html
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