由美國國立衛(wèi)生研究院資助的科學(xué)家開發(fā)出了一種新方法，可以比以前更早地識(shí)別個(gè)體干細(xì)胞的狀態(tài)和命運(yùn)。干細(xì)胞是未分化的，用作身體各種組織和器官的構(gòu)建塊。了解干細(xì)胞的命運(yùn) - 它最終會(huì)變成的細(xì)胞類型 - 以及它在這個(gè)過程中的距離可以幫助科學(xué)家更好地操縱細(xì)胞進(jìn)行治療。

為了識(shí)別干細(xì)胞命運(yùn)的這些信號(hào)，來自多所大學(xué)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作使用超分辨率顯微鏡來分析表觀遺傳修飾。表觀遺傳修飾改變了DNA在細(xì)胞核內(nèi)的包裹方式，使不同的基因可以被細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)機(jī)器所接近。雖然完整的過程仍然有些神秘，但科學(xué)家已經(jīng)確定了一些表觀遺傳標(biāo)記用于未決的基因表達(dá)。使用2017年1月4日“ 科學(xué)報(bào)告”中描述的新方法，該團(tuán)隊(duì)能夠確定細(xì)胞在其他技術(shù)之前的命運(yùn)。

“這個(gè)小組磨練并結(jié)合了幾種技術(shù)，為評(píng)估干細(xì)胞命運(yùn)提供了一種強(qiáng)大的新工具。” 美國國立衛(wèi)生研究院國家生物醫(yī)學(xué)成像與生物工程研究所(NIBIB)組織工程與再生醫(yī)學(xué)項(xiàng)目主任Rosemarie Hunziker博士說。“早期預(yù)測(cè)個(gè)體干細(xì)胞中的基因表達(dá)最終將幫助我們對(duì)它們進(jìn)行分類并使用它們。”

評(píng)估干細(xì)胞狀態(tài)的現(xiàn)有方法著眼于整個(gè)細(xì)胞群，但不足以識(shí)別單個(gè)細(xì)胞的命運(yùn)。此外，當(dāng)前的工具只能在游戲中相對(duì)較晚地識(shí)別這些命運(yùn)決定。為了開發(fā)具有最大控制和靈活性的治療方法，研究人員必須清楚細(xì)胞一旦移植到患者體內(nèi)后如何進(jìn)一步發(fā)育。理想的解決方案是預(yù)測(cè)特定基因或基因家族即將激活的技術(shù)，這反過來又導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)揮特定功能。

在稱為EDICTS(細(xì)胞過渡態(tài)的Epi標(biāo)記描述成像)的新方法中，研究人員標(biāo)記了表觀遺傳修飾，然后以超分辨率對(duì)細(xì)胞成像，以查看標(biāo)記的精確位置。

羅格斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程杰出教授，該論文的高級(jí)作者Prabhas Moghe博士說：“我們能夠劃分和捕捉這些細(xì)胞的變化，這些變化實(shí)際上并沒有通過既定技術(shù)來區(qū)分。” 他將這種方法描述為“對(duì)細(xì)胞內(nèi)臟進(jìn)行指紋識(shí)別”; 結(jié)果是每個(gè)細(xì)胞組織的可量化描述符，甚至揭示了特定修飾如何在整個(gè)細(xì)胞核中分布。

該團(tuán)隊(duì)通過測(cè)量實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人類干細(xì)胞細(xì)胞核中的兩種表觀遺傳修飾來證明該方法的能力。他們添加了化學(xué)物質(zhì)，誘使一些細(xì)胞成為脂肪細(xì)胞而其他細(xì)胞成為骨骼，而另一組成為對(duì)照。在三天內(nèi)，注定不同命運(yùn)的細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)的不同位置顯示出修飾。這些變化使研究人員有機(jī)會(huì)在傳統(tǒng)方法可以做出這種區(qū)分之前幾天區(qū)分細(xì)胞類型。

該技術(shù)具有查看單個(gè)細(xì)胞內(nèi)區(qū)域變化的特異性，而現(xiàn)有技術(shù)只能測(cè)量整個(gè)細(xì)胞群中的總修飾水平。“水平?jīng)]有顯著差異，但它們的組織結(jié)構(gòu)是不同的，這似乎與這些細(xì)胞實(shí)際上表現(xiàn)出不同命運(yùn)的事實(shí)相關(guān)，”Moghe說。“它允許我們從不同細(xì)胞群體中取出一個(gè)細(xì)胞”，這可以幫助研究人員選擇特定細(xì)胞用于不同的干細(xì)胞應(yīng)用。

Moghe說，這種方法的美妙之處在于它的簡(jiǎn)潔性和多功能性。它就像標(biāo)記，染色和成像細(xì)胞一樣容易，這是許多研究人員已經(jīng)熟悉的技術(shù)。隨著能夠進(jìn)行超分辨率成像的顯微鏡變得更加廣泛，科學(xué)家可以使用它來分類和篩選不同類型的細(xì)胞，了解特定藥物如何破壞表觀遺傳信號(hào)，或確保植入的干細(xì)胞不會(huì)有轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)入錯(cuò)誤的細(xì)胞類型。“它將迎來下一波研究和發(fā)現(xiàn)，”莫格說。