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Your Good Partner in Biology Research

中國科學家突破干細胞研究限制

日期:2011-03-29 13:34:08


來自中國科學院上海生命科學研究院健康科學研究所,生物化學與細胞生物學研究所,中國科學院干細胞生物學重點實驗室的研究人員建立了全新的大鼠胚胎干細胞(rat embryonic stem cells, rESCs)體外分化體系,并在國際上率先證實rESCs可以在體外分化為具有功能性的心肌細胞。這一研究成果公布在《Cell Research》雜志上。

這項研究由健康科學研究所楊黃恬研究組和上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所肖磊研究組合作完成,其中楊黃恬研究員早年畢業于南通醫學院,之后獲得日本山形大學醫學部博士學位,研究方向包括利用基因的突變并結合藥理學研究策略,探討了胚胎干細胞向心肌細胞和神經細胞分化及成體干細胞向心肌細胞分化的調控因素和基因及胚胎干細胞移植對心肌梗塞的治療作用和可能的機制等。

大鼠是最早被用于科學研究的實驗動物。與最為常用的模式生物小鼠相比,大鼠具有許多獨特的優勢,如生理特征與藥物反應性與人更為接近等,因而長期被更為廣泛的應用于行為學、生理學和藥理學以及毒性測試等實驗。大鼠疾病模型也已成功應用于心臟衰竭,高血壓,糖尿病,神經性疾病等的研究。然而由于缺乏類似于小鼠胚胎干細胞系,大鼠在實驗研究中的應用受到了極大地限制。2008年,Austin Smith和Qi-long Ying研究組通過應用特殊的無血清培養系統,成功建立了真正的具有多能性的rESCs。然而目前rESCs體外分化仍非常困難。

楊黃恬研究員的博士研究生曹楠在肖磊研究組廖婧博士建立的rESCs系基礎上,通過系統的篩選和摸索,結合使用條件性培養基以及特定的信號通路抑制劑,建立了可同時分化至內、中、外三胚層的rESCs體外分化模型,并成功獲得了具有典型大鼠胚胎心肌細胞形態和肌絲結構特征的心肌細胞,該分化系統時序表達中胚層、心肌前體細胞和心肌細胞的標志性基因,分化的細胞包括了三種主要的心肌細胞類型:心室肌細胞、心房肌細胞以及竇房結細胞,且分化的心肌細胞對β-腎上腺素受體激動劑Isoproterenol和乙酰膽堿激動劑Carbachol也顯現與大鼠胚胎心肌細胞類似的反應。該項研究建立的rESCs體外分化模型為研究心臟發生、發育的分子機制、心肌細胞藥物毒性檢測和促進心肌細胞分化、改善心肌細胞收縮和心電功能的化合物篩選提供了新的工具,也為進一步開展細胞治療研究提供了新途徑。