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研究表明 干细胞强烈地依赖于先天的发育时机

2019-01-03 10:06:19 • 来源：

控制哺乳动物发育时钟范围的神秘之处 - 从大象的22个月到负鼠的12天 - 可能在于对每个独特物种的多能干细胞的严格计时。发育时钟对再生医学非常重要，因为许多细胞类型需要很长时间才能成熟，限制了它们对人体治疗的有用性。由干细胞先驱和威斯康星大学麦迪逊分校教授詹姆斯汤姆森领导的莫格里奇研究所的再生生物学团队正在研究是否可以在实验室加速干细胞分化率并使患者更快地获得。

研究表明 干细胞强烈地依赖于先天的发育时机

在2月发表在“ 发育生物学 ”杂志网络版上的一项研究中，莫格里奇科学家在神经分化过程中测试了人类干细胞发育时钟的严格性。首先，他们密切比较了培养皿中细胞的分化率与子宫内人体细胞的已知生长速率。其次，它们在小鼠宿主体内生长出人类干细胞，其中包括血液，生长激素和信号分子等因子，这些因子比人类生长得快得多。

在这两种情况下 - 实验室培养皿或不同种类 - 细胞不会从其先天的发育时间表中动摇，而不考虑环境变化。“我们发现这个细胞内部非常内在的过程非常引人注目，”主要作者克里斯巴里说，他是莫格里奇的助理科学家。“它们具有自编码时钟，不需要来自母亲或子宫的外部刺激，甚至不需要相邻细胞知道它们的发育速度。”

虽然这项研究表明细胞计时是一个顽固的过程，但汤姆森实验室正在探索各种可能有助于细胞改变其速度的潜在因素的后续研究，Barry说。

该研究在生物学中立即具有价值的一个方面是认识到干细胞在培养皿中的行为如何与自然界中发生的事物几乎完全一致。“有希望的是，我们可以采取干细胞种类，将它们置于组织培养中，并且更自信地相信我们所看到的事件也可能在野外发生，”巴里说。“对于一般的胚胎学研究来说，这可能是个好消息，了解子宫内正在发生的事情以及疾病建模的时间。”

它还开辟了胚胎学的潜在途径，这在其他方面是不可想象的 - 例如，使用干细胞准确研究鲸鱼和其他物种的胚胎学，其妊娠率比人类长得多(或更短)。

为了准确地比较具有截然不同的妊娠率的物种的发育时间 - 与三周相比为九个月 - 该团队使用了一种称为动态时间扭曲的算法，该算法最初是为语音模式识别而开发的。该算法将拉伸或压缩一个物种的时间范围以匹配另一个物种中的相似基因表达模式。利用这一过程，他们发现了超过3,000种在小鼠体内调节速度更快的基因，并且没有发现在人体细胞中调节更快的基因。

巴里说，解决细胞计时难题的影响可能是巨大的。例如，中枢神经系统的细胞需要数月才能发展成功能状态，这太长时间不能使它们在治疗上变得实用。如果科学家可以将这个时间缩短到数周，那么细胞可能会从个体患者身上长大，这些患者可以抵抗帕金森症，多发性硬化症，阿尔茨海默氏症，亨廷顿病和脊髓损伤等严重疾病。“如果事实证明这些时钟在不同的细胞类型中是通用的，”巴里说，“你正在研究全身的广谱影响。”

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