Stowers醫(yī)學研究所的研究人員已經(jīng)捕獲了一個能夠再生整個生物體的細胞。一個多世紀以來，科學家們已經(jīng)目睹了這種細胞奇跡的影響，這種奇跡使得像渦蟲扁蟲這樣的生物能夠進行像死亡頭部再生一樣的死亡專長。但直到最近，他們還沒有必要的工具來定位和跟蹤這個細胞，因此他們可以觀察它并發(fā)現(xiàn)它的秘密。

現(xiàn)在，通過開創(chuàng)一項結(jié)合基因組學，單細胞分析，流式細胞術(shù)和成像技術(shù)的技術(shù)，科學家們已經(jīng)將這種驚人的再生細胞 - 長期研究的成人多能干細胞的一種亞型 - 在它發(fā)揮其顯著作用之前進行了分離。該研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月14日的“細胞”雜志上，可能會推動對高度再生生物體(如渦蟲)的生物學研究，并為其他生物體(如再生能力較低的人類)提供再生醫(yī)學研究。

“這是第一次前瞻性地分離成人多能干細胞，”Stowers研究所和霍華德休斯醫(yī)學研究所的調(diào)查員，該研究的高級作者AlejandroSánchezAlvarado博士說。“我們的發(fā)現(xiàn)基本上說這不再是一種抽象，真正有一個細胞實體可以恢復失去它的動物的再生能力，而且這種實體現(xiàn)在可以被活化純化并進行詳細研究。”

每個多細胞生物都是由一個細胞構(gòu)建的，它分成兩個相同的細胞，然后是四個細胞，依此類推。這些細胞中的每一個都包含完全相同的扭曲DNA鏈，并且被認為是多能的 - 這意味著它可以在體內(nèi)產(chǎn)生所有可能的細胞類型。但是在這個過程中的某些地方，那些被稱為胚胎干細胞的起始細胞使自己屈服于不同的命運，成為皮膚細胞，心臟細胞，肌肉細胞或其他細胞類型。在人類中，出生后沒有已知的多能干細胞。在渦蟲中，它們會長期存在于成年期，在那里它們被稱為成體多能干細胞或成神經(jīng)細胞?？茖W家認為這些新生物體具有再生的秘密。

雖然自18世紀后期以來新生物已成為科學探究的主題，但僅在最近幾十年，科學家們才能夠利用功能分析和分子技術(shù)來描述這種強大的細胞群。他們的努力表明，這種看似同質(zhì)的細胞群實際上是不同亞型的聚集體，具有不同的特性和不同的基因表達模式。

SánchezAlvarado說：“我們可能不得不將一百多個單個細胞移植到盡可能多的蠕蟲體內(nèi)，以找到一個真正多能的細胞，并能再生這種細胞。”“這是一項很多工作，只是找到一個符合真正成纖維細胞功能定義的細胞。如果我們想通過識別細胞表達的基因來分子定義它，我們必須破壞細胞進行處理。沒有辦法做到這一點，并保持細胞活著，以便在再生過程中跟蹤它。“

SánchezAlvarado和他的團隊開始尋找一種可以提前識別這個難以捉摸的細胞的獨特特征。長期以來用于區(qū)分新生細胞和其他細胞的一個特征是稱為piwi-1的干細胞標記，因此博士后研究助理An Zeng博士決定從那里開始。首先，他將表達該標記的細胞與未標記的細胞分開。然后他注意到細胞可以分成兩組 - 一組表達高水平的piwi(恰當?shù)胤Q為piwi-high)，另一組表達低水平的piwi(稱為piwi-low)。當曾梵志研究這兩個群體的成員時，他發(fā)現(xiàn)只有那些高度適合新生物的分子定義的群體。所以他放棄了其余的。

“這種對基因表達和蛋白質(zhì)水平的同步定量分析以前從未在渦蟲中進行過，”SánchezAlvarado說。“如果沒有Stowers的驚人的科學支持設施，我們不可能做到這一點，包括分子生物學，流式細胞術(shù)，生物信息學和成像組。許多研究人員認為所有表達piwi-1的細胞都是真正的新生細胞，而且它沒有他們表達了多少標記物。我們發(fā)現(xiàn)它確實很重要。“

接下來，Zeng選擇了8,000個左右的piwi-high細胞并分析了它們的基因表達模式。令他驚訝的是，細胞不僅僅落入一兩個，而是12個不同的亞群。通過一個消除過程，Zeng排除了任何具有基因特征的亞組，這些亞組表明細胞注定了特定的命運，如肌肉或皮膚。這讓他留下了兩個可能仍然是多能的子組，他將其命名為Nb1和Nb2。

方便地，亞組Nb2中的細胞表達編碼四跨膜蛋白家族成員的基因，該基因是一組進化上古老且知之甚少的蛋白質(zhì)，位于細胞表面。Zeng制造了一種抗體，可以鎖住這種蛋白質(zhì)，將攜帶它的細胞從其他可疑成神經(jīng)細胞的混合物中拉出來。然后，他將單個純化的細胞移植到已經(jīng)受到致命水平輻射的渦蟲中。這些細胞不僅重新繁殖并拯救受輻射的動物，而且它們比通過舊方法純化的細胞更加一致。

“我們已經(jīng)豐富了多能干細胞群，這為以前無法??實現(xiàn)的大量實驗打開了大門，”SánchezAlvarado說。“我們發(fā)現(xiàn)的標記不僅表現(xiàn)在渦蟲中，而且表達在人體中這一事實表明我們可以利用一些保守的機制。我希望這些第一原理將廣泛適用于任何依賴干細胞成為生物體的生物體。他們今天是什么。這基本上就是每個人。“