研究人员开发了一种更精确更可控的干细胞工程组织方法

没有什么比自然更好了。构成人体的多种多样的细胞和组织就是证据。我们每个人都以大量相同的，未分化的细胞开始，并且由于信号和力量的结合，每个细胞通过选择发育途径并繁殖成成为我们的心脏，大脑，头发，骨骼或血液的组织来响应。。研究人类胚胎干细胞的一个主要前景是了解这些过程并将这些知识应用于组织工程。

加州大学圣塔芭芭拉分校化学与生物化学，分子，细胞和发育生物学系的研究人员已经采用一种利用光学三维培养胚胎干细胞的方法，向解开组织形态的秘密迈进了一步。“用我们的方法进行的重要发展是，我们对哪个细胞 - 甚至是细胞的一部分 - 被激发来区分特定的基因途径进行了良好的时空控制，”主要作者肖黄说，他将这项研究作为博士学位进行了研究。 UCSB的学生，现在是加州大学旧金山分校德赛实验室的博士后学者。题为“3D培养的人胚胎干细胞的光图案RNA干扰”的研究发表在Advanced Materials杂志第48卷第28期。

与光遗传学领域的其他工作类似 - 光遗传学主要关注生物体内的神经系统疾病和活动，从而深入了解帕金森病和药物成瘾等疾病和病症 - 这种新方法依赖于光来控制基因表达。

研究人员使用了一种空心金纳米壳的组合，这些金属纳米壳附着在小分子合成RNA(siRNA)上 - 一种在基因调控中发挥重要作用的分子 - 和热可逆水凝胶作为干细胞培养的3D支架，以及不可见，接近 - 红外(NIR)灯。Huang解释说，NIR灯是在实验室中创建三维文化的理想选择。

“当样品变厚时，近红外光具有更好的组织穿透性，”他解释说。除了增强穿透深度达10厘米之外，光线还可以紧密聚焦到特定区域。用光照射从样品中的纳米壳释放RNA分子并启动基因沉默活性，其敲除细胞簇中的绿色荧光蛋白基因。实验还表明，受照射的细胞以与未处理对照样品相同的速率生长; 经处理的细胞在照射后表现出不变的活力。

当然，培养由相关但不同的细胞类型组成的组织是比敲除单个基因更复杂的过程。

“这是一个精心策划的流程音乐会，”共同作者和研究生Demosthenes Morales说，描述了人类胚胎干细胞成为特定组织和器官的过程。“事情正在被打开并关闭。” 他解释说，扰乱该系统的一个方面，沿着细胞的发育途径引发了一系列行动，其中大部分仍未知。

“我们对时空控制非常感兴趣的一个原因是因为这些细胞在生长和发育时并不总是以相同的方式进行通信，”莫拉莱斯说，并解释说，由此产生的过程以不同的速度发生，偶尔重叠。“因此能够控制哪种细胞分化成哪种细胞类型将有助于我们控制组织形成的沟通，”他补充说。

通过该方法提供的对细胞发育的精细控制还允许来自胚胎干细胞的组织和器官的三维培养用于多种应用。工程化组织可用于治疗目的，包括由于损伤或疾病而被破坏的器官和组织的替代物。它们可用于深入了解身体对毒素和治疗剂的反应。

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