索爾克的科學(xué)家和同事們提出了新的分子標(biāo)準(zhǔn)，用來判斷實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的干細(xì)胞在模仿人類發(fā)育的最早期胚胎細(xì)胞(被稱為幼稚干細(xì)胞)方面有多接近。這些測(cè)試發(fā)現(xiàn)，目前沒有任何一種方法可以培育出真正幼稚的干細(xì)胞，但這些指導(dǎo)方針可能有助于研究人員通過指出目前每種方法的不足之處來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。生成原始干細(xì)胞將有利于干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如為器官替代而生長組織。

資深作者、索爾克基因組分析實(shí)驗(yàn)室教授兼主任、霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員約瑟夫·艾克說:“這個(gè)幼稚的國家可能有更大的能力產(chǎn)生不同的組織類型，可能在再生醫(yī)學(xué)上有許多用途。”該研究發(fā)表在2016年7月14日的《細(xì)胞干細(xì)胞》雜志上。

盡管干細(xì)胞——有分化成其他類型細(xì)胞的潛能的細(xì)胞——存在于成人體內(nèi)，但最有用的干細(xì)胞是那些存在于胚胎中的干細(xì)胞。胚胎具有多能性，幾乎可以成為人體中的任何細(xì)胞。研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種分子混合物，它可以逆轉(zhuǎn)成年細(xì)胞的時(shí)鐘，使其充當(dāng)干細(xì)胞(稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞或iPSCs)，還培養(yǎng)了直接從胚胎(ESCs)中提取的干細(xì)胞系?？茖W(xué)家們正在制定新的方法來誘導(dǎo)“啟動(dòng)的”胚胎干細(xì)胞——它們更像著床后胚胎的細(xì)胞——回到過去，甚至更像那些在受精幾天后著床前胚胎中發(fā)現(xiàn)的幼稚干細(xì)胞。原始干細(xì)胞是一塊空白的石板，不僅是構(gòu)成人體所有細(xì)胞的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成胎盤以支持胚胎的細(xì)胞的基礎(chǔ)。

“在我們看來,大部分的出版協(xié)議產(chǎn)生所謂的天真的干細(xì)胞并不令人信服,因?yàn)樗麄兒芟衿鹗技?xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞基因表達(dá)沒有太大的區(qū)別,“說文章的第二作者魯?shù)婪騄aenisch懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所和麻省理工學(xué)院。

Ecker與Jaenisch和其他在懷特黑德和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的合作者密切合作，想看看這些旨在誘導(dǎo)幼稚干細(xì)胞狀態(tài)的新技術(shù)是否真的做到了這一點(diǎn)。他們對(duì)“啟動(dòng)”細(xì)胞和ESCs進(jìn)行了一系列的分子測(cè)試，這些細(xì)胞和ESCs暴露在被認(rèn)為誘發(fā)幼稚的因素中。他們通過比較兩種胚胎干細(xì)胞的分子特性和胚胎發(fā)育不同階段的細(xì)胞來估計(jì)它們的狀態(tài)。

他們發(fā)現(xiàn)，三種主要的測(cè)試最能說明原始干細(xì)胞和其他干細(xì)胞之間的差異，讓它們沿著時(shí)間軸正確地放置ESCs的每一行。首先，他們測(cè)量了轉(zhuǎn)座子的表達(dá)水平，轉(zhuǎn)座子是一種可以在基因組中跳躍的DNA序列。他們發(fā)現(xiàn)，某些轉(zhuǎn)座子的表達(dá)表明了原始干細(xì)胞的存在。接下來，他們發(fā)現(xiàn)原始胚胎干細(xì)胞的基因組甲基化更少，甲基化是指DNA上甲基化基團(tuán)的加入。然后，他們研究了女性胚胎原始細(xì)胞中X染色體的狀態(tài)，這些細(xì)胞每個(gè)都含有兩條活躍的X染色體，不像更成熟的胚胎細(xì)胞有一條X染色體沉默。

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)的迪迪埃·特羅諾(Didier Trono)是該研究的聯(lián)合高級(jí)作者，他說，這三種測(cè)試加在一起，包含了成千上萬的基因生物標(biāo)記，以表征干細(xì)胞的發(fā)育狀態(tài)。“這種類型的分析很可能成為控制干細(xì)胞質(zhì)量的黃金標(biāo)準(zhǔn)，包括誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，無論它們是僅用于研究還是用于臨床應(yīng)用，”他說。

當(dāng)用這三種測(cè)試來判斷目前實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生幼稚干細(xì)胞的方法時(shí)，每種方法都不能以不同的方式模仿幼稚胚胎細(xì)胞。例如，一項(xiàng)新技術(shù)使細(xì)胞擁有兩條活躍的X染色體，但與所期望的甲基化模式不匹配。

“這實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)有方法的比較，對(duì)每個(gè)方法應(yīng)用相同的標(biāo)準(zhǔn)，并查看每個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)，”Ecker說。“其中一些細(xì)胞在發(fā)育過程中處于早期狀態(tài)，另一些則處于后期狀態(tài)。”

該研究的第一作者、Jaenisch實(shí)驗(yàn)室的博士后Thorold Theunissen說:“我們的工作提供了一套嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，用于比較幼稚的人類干細(xì)胞與早期人類胚胎中的同類干細(xì)胞。之前的研究主要是基于與小鼠干細(xì)胞的比較，這與人類干細(xì)胞有很大的不同。