干细胞进展带来生物工程动脉更接近现实

2021-06-11

干细胞生物学家多年来一直试图生产能够产生功能性动脉的细胞,并为医生提供新的选择来对抗心血管疾病,这是世界上最主要的死亡原因。

干细胞进展带来生物工程动脉更接近现实

但是,在莫格里奇研究所和威斯康星大学麦迪逊分校开发的新技术首次产生了功能性动脉细胞,其质量和规模与疾病建模和临床应用相关。

在7月10日出版的“美国国家科学院院刊”上,干细胞先驱詹姆斯·汤姆森实验室的科学家们描述了生成和表征动脉内皮细胞的方法-动脉内皮细胞是引发动脉发育的细胞-展示了许多特异性细胞。身体所需的功能。

此外,这些细胞对新动脉形成和改善心肌梗塞模型中使用的小鼠的存活率起作用。用该细胞系处理的小鼠具有83%的存活率,而对照组为33%。

“杀死人的心血管疾病主要影响动脉,以前没有人能够有效地制造这类细胞,”Morgridge助理科学家兼主要作者JueZhang说。“这里的关键发现是一种使动脉内皮细胞更具功能性和临床有用性的方法。”

根据美国心脏协会的数据,美国每年有三分之一的人死于心血管疾病,并且每年的死亡人数超过了所有形式的癌症。汤姆森实验室将动脉工程作为其最重要的研究重点之一。

新技术首次在质量和规模上产生了与疾病建模和临床应用相关的功能性动脉细胞。

张说,挑战在于通用内皮细胞相对容易制造,但它们缺乏真正的动脉特性,因此几乎没有临床价值。

研究团队将两项开创性技术应用于该项目。首先,他们使用单细胞RNA测序来鉴定对动脉内皮细胞分化至关重要的信号传导途径。他们发现了大约40个最佳相关基因。其次,他们使用CRISPR-Cas9基因编辑技术,使他们能够创建报告细胞系,以实时监测动脉分化。

“利用这项技术,你可以测试这些候选基因的功能,并测量出我们的目标动脉细胞产生的细胞百分比,”张说。

该研究小组围绕五个关键生长因子制定了一个协议,这些因素对动脉细胞的发育做出了最大的贡献。他们还发现了干细胞科学中使用的一些非常常见的生长因子,如胰岛素,它们令人惊讶地抑制了动脉内皮细胞的分化。

“我们的最终目标是将这种改进的细胞衍生过程应用于可用于心血管外科的功能性动脉的形成,”Morgridge再生生物学主任,威斯康星大学麦迪逊细胞和再生生物学教授Thomson说。“这项工作提供了有价值的证据,证明我们最终可以获得功能性动脉内皮细胞的可靠来源,并使动脉的表现和行为像真实的一样。”

Thomson的团队以及许多威斯康星大学麦迪逊分校的合作者,正在接受国家卫生研究院支持的七年项目的第一年,该项目旨在开发适用于人类移植的动脉库的可行性。

在许多患有血管疾病的病例中,患者缺乏来自其自身的合适组织以用于旁路手术。来自个体患者干细胞的动脉生长成本过高,需要很长时间才能在临床上有用。

挑战不仅在于产生动脉,还在于找到确保它们兼容且不被患者拒绝的方法。

“现在我们有了制造这些细胞的方法,我们希望继续使用更普遍的供体细胞系,”张说。该实验室将重点关注来自一群独特人群的细胞,这些人群是大多数人群的基因相容捐赠者。

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