全球首次!港大教授研發(fā)獲取干細胞的新方法

來自香港大學李嘉誠醫(yī)學院（港大醫(yī)學院）的劉澎濤教授團隊，研發(fā)了一種獲取干細胞的新方法，在全球首次成功獲得豬和人的擴增潛能干細胞（EPSCs），這些干細胞具有胚胎發(fā)育初期細胞的特征，可以發(fā)育成任何類型的細胞，這類細胞也被稱為全能細胞。

豬和人類擴增潛能干細胞的建立，為研究人類發(fā)育和再生醫(yī)學提供了巨大的潛力。劉澎濤在接受 DeepTech 采訪時表示，除了在一些嚙齒類及靈長類動物以外，很多胚胎干細胞領域的科學家已經做了很多的嘗試，都無法在其他哺乳類動物中建立胚胎干細胞株，尤其是豬。最新研究證實從豬和人類身上均能取得擴展?jié)撃芨杉毎?/p>

就像一張窗戶紙捅破之后，現在諸多前沿生物技術都可以用在這個細胞上，將為研究胚胎發(fā)育，以及為基因組學、再生醫(yī)學、生物科技及農業(yè)的轉化研究帶來巨大突破。

這項研究由劉澎濤團隊主導，英國劍橋維康桑格研究院及德國聯邦動物衛(wèi)生研究院的研究人員參與合作。論文發(fā)表在 6 月 3 日的 Nature Cell Biology 雜志上。

圖 | 香港大學劉澎濤教授（右）、楊樹標教授（中）和助理教授張知恒博士（左）（圖片來源：香港大學官網）

首次創(chuàng)建擴增潛能干細胞

在上世紀 70 和 80 年代，科學家首次從小鼠囊胚建立胚胎干細胞系。但迄今為止，除了在一些嚙齒類及靈長類動物以外，科學家一直較難從其他哺乳類動物建立胚胎干細胞株。

目前得到的胚胎干細胞，是在受精卵發(fā)育成大約 100 個細胞的胚囊階段提取的，而榮獲 2012 年諾貝爾生理或醫(yī)學獎的誘導多能干細胞，也只能發(fā)育成某些特定的細胞譜系。

截至目前，胚胎干細胞一般都是來自于最少有數十個細胞的著床前胚胎（又稱囊胚）。在囊胚形成前，胚胎細胞仍然具備分化成不同種類細胞的可能性，因此具有全能性特征。

劉澎濤團隊在多年前就提出新的擴增潛能干細胞構想，他們認為從比囊胚期更早期的著床前胚胎建立干細胞體系，成功的機會可能更大。

劉澎濤實驗室于 2017 年在小鼠干細胞研究中首次發(fā)現突破性的進展，找到了細胞譜系分化的主要分子路徑，并建立了小鼠 EPSC 細胞系。EPSCs 從囊胚形成前的著床前胚胎取得，因此 EPSCs 也備有全能干細胞特色。

劉澎濤認為，發(fā)育最初期的細胞應該比胚胎干細胞編程更少，所以他們發(fā)明了一種從發(fā)育最初階段，比如受精卵僅分化成 4 個或 8 個細胞的階段開始培育干細胞的新方法，并成功創(chuàng)建了小鼠擴展?jié)撃芨杉毎?/p>

研究人員在對這些發(fā)育最初期細胞進行培育后發(fā)現，新細胞保持了發(fā)育最初期細胞的特征。他們還對小鼠的胚胎干細胞和誘導多能干細胞重新編程，制造出 EPSCs。

擴展?jié)撃芨杉毎麚碛械陌l(fā)育特質是傳統或是標準的胚胎干細胞或誘導性多功能干細胞所沒有的。擴展?jié)撃芨杉毎邆浞只癁榕咛ゼ芭咛ネ饧毎V系的潛力，包括胎盤里的滋胚層和卵黃囊的細胞，把發(fā)育生長的時鐘逆轉到細胞最早期的類型。擴展?jié)撃芨杉毎部梢宰屟芯咳藛T研究早期胚胎的發(fā)育、以及流產和發(fā)育障礙的原因。

將新方法拓展到豬的研究

而在這項最新研究中，劉澎濤團隊認為在小鼠中獲取擴展?jié)撃芨杉毎男路椒?，或許也能用在豬及人類身上。

豬具有重要的生物醫(yī)學研究價值，因為其遺傳基因、身體構造及生理機能（如器官大?。┡c人類相近。如果能夠改造豬只的干細胞基因，不但對動物健康及養(yǎng)殖生產將大有助益，也直接促進生物醫(yī)學研究，比如器官移植。

劉澎濤表示，越早在哺乳類動物胚胎發(fā)育初期取得干細胞，細胞中物種之間可能存在的差異越小，EPSC 技術應用在多種哺乳類物種上的成功機會就越大。這項研究的目的就是研究在什么條件下，可以在不同物種的胚胎發(fā)育的最早期取得干細胞。胚胎發(fā)育最早期的胚胎細胞猶如一張白紙，這次研究結果證明，這個構思和猜想基本上是正確的。

“過去數十年，科研人員不斷嘗試提取豬胚胎干細胞，但是只取得有限的進展?，F在我們使用 EPSC 科技成功地從豬著床前胚胎建立干細胞培養(yǎng)體系，并系統地分析這些新型干細胞的發(fā)育、細胞和分子特征。重要的是，我們亦以同樣方法取得類似的人類 EPSC 干細胞。這些研究成果，以及我們以前發(fā)表的小鼠 EPSCs，標示著胚胎干細胞研究向前邁進重要的一步?！?/p>

該項研究證實從豬只及人類身上，均能取得擴展?jié)撃芨杉毎渲幸载i只的 EPSCs 研究結果尤其重要，因為這是科研人員首次在豬早期胚胎中取得干細胞，而人類的 EPSCs 則可為人體的發(fā)育成長及再生醫(yī)學研究提供新的細胞來源。

至今，劉澎濤團隊已經成功從小鼠、豬只和人類取得 EPSCs。這些來自不同物種的干細胞，有相似的分子特性，而且容易作多次基因編輯。人類的 EPSCs 除了可以分化為人體的所有細胞類型，以及可用于人類疾病和再生醫(yī)學研究之用，也由于人類的 EPSCs 可產生大量胎盤滋養(yǎng)層細胞，還可以提供研究妊娠并發(fā)癥如子癇前期及流產等的機會。

本研究的共同第一作者、德國聯邦動物衛(wèi)生研究院的 Dr Monika Nowak-Imialek 表示，從豬胚胎分離出來的 EPSCs 是全球首個擁有完整特征的豬胚胎干細胞株。由于 EPSC 具有分化成所有種類細胞的發(fā)育潛能，它們將可以極大程度促進發(fā)育生物學、再生醫(yī)學、器官移植、疾病模型，動物健康、農業(yè)及生物科技。

劉澎濤教授也向 DeepTech 表示，他們會繼續(xù)拓展 EPSC 技術的研究，也會與不同的機構進行應用研究合作，比如可以做非洲豬瘟感染分子機制的研究。