Cell子刊:科学家设定多能干细胞质量评估标准
生物通 · 2016/06/16
6月9日在《Stem Cell Reports》杂志发表的一项研究中,在美国国家心脏、肺和血液研究结构的资助支持下,一个多机构的研究小组,对一大组诱导多能干细胞进行了综合性的描述。在他们分析的来自10个研究机构的诱导多能干细胞中,有大约30%的干细胞在遗传上是不稳定的,不能安全地用于临床。


随着使用再生干细胞疗法的前景日益临近,最近一个生物医学科学家财团报道称,在他们分析的来自10个研究机构的诱导多能干细胞中,有大约30%的干细胞在遗传上是不稳定的,不能安全地用于临床。

6月9日在《Stem Cell Reports》杂志发表的一项研究中,在美国国家心脏、肺和血液研究结构的资助支持下,一个多机构的研究小组,对一大组诱导多能干细胞(iPSCs)进行了综合性的描述。这些专门的iPSCs是从成人皮肤或婴儿脐带血细胞重编程而来的,并可能成为体内任何的细胞类型,这种情况被称为多能性,可模拟人类胚胎干细胞(hESCs)的功能。

作为祖细胞生物学财团的一部分,科学家们正在努力证实,这一日益兴起的医学研究领域是建立在安全和合理的科学之上。尽管生产安全有效的iPSCs的技术是存在的,但是研究人员报道称,他们遇到了一个意外数量的不稳定的细胞生产过程。这包括一些被细菌污染或携带癌症相关基因和突变的细胞系。

本文资深作者、辛辛那提儿童医院医学中心实验室的Carolyn Lutzko博士指出:“令我们很惊讶的是,在这项研究中发现了大量不稳定的细胞系,这突出了为干细胞疗法设立环境安全标准的重要性。我们研究的细胞系,有很多是符合质量标准的,但是意外数目的、不符合这些标准的细胞系,不能用于临床疗法。”

研究人员还宣布建立一个在线门户网站和数据库:https://www.synapse.org/。它使科学家开放获取来自研究的数据,来支持自己对iPSC为基础的干细胞疗法的研究。这可让研究人员对目前在其实验室产生的iPSCs的质量和稳定性进行比较。

不同的工具,不同的结果

研究人员比较了不同机构提交的58个不同的细胞系。研究人员用各种方法生成的细胞具有各种基因和起源,如成人皮肤或婴儿脐带血细胞。研究人员对iPSCs进行了遗传稳定性、多能性和其他科学标准的评估。

遗传稳定性对于iPSCs安全是至关重要的,可避免实验疗法触发的癌症或其他医学问题。在被指示成为特定的细胞类型之前,iPSC细胞系不断更新并以一种空白的形式扩增,而不会引入遗传错误,这也是至关重要的。研究人员还比较了iPSCs与人类胚胎干细胞的分子和功能特征,它们很少被用作基准测试质量的金标准。

56个iPSC细胞系如何很好地符合质量标准,依赖于重编程细胞(皮肤vs血液,男性vs女性)的起源和特定的编程方法。这些不同的方法包括各种重组基因、载体(将遗传物质传递给细胞的工程病毒)或质粒(可以传递重组基因的小DNA分子)的使用。

畸胎瘤测试

多能性意味着,iPSCs可以生成构成身体的三个基本生殖细胞系——内胚层(肠道区)、外胚层(表皮,神经组织等等)和中胚层(肌肉、血液细胞等)。多能性可以被测试来确定iPSC细胞系是否能够形成所谓的畸胎瘤——由不同的细胞类型(牙齿、骨、脑等等)组成的良性肿瘤。

Lutzko说,据认为,质量低劣的iPSC细胞系不是多能性的,由于费用问题,直到当前研究为止,这个理论都没有得到仔细测试。这促使Lutzko和她的同事,想检查和探究所有iPSC的细胞系——高的和低的质量,是否可能产生畸胎瘤。

为此,研究者们向实验室小鼠模型中注入不同的iPSC细胞系,以探究是否形成了肿瘤,其次,探究肿瘤是否包含三种不同的生殖细胞类型。测试表明,遗传上稳定的和不稳定的iPSC细胞系,都可形成具有所有三个生殖细胞层的畸胎瘤。

根据这项研究的作者介绍,虽然遗传上不稳定的iPSC细胞系展示出了多能性,但是涉及的临床背景也可能导致癌症,从而再次强调了对安全重编程方法的需要。

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  • Integrated Genomic Analysis of Diverse Induced Pluripotent Stem Cell from the Progenitor Cell Biology Consortium

    The rigorous characterization of distinct induced pluripotent stem cells (iPSC) derived from multiple reprogramming technologies, somatic sources, and donors is required to understand potential sources of variability and downstream potential. To achieve this goal, the Progenitor Cell Biology Consortium performed comprehensive experimental and genomic analyses of 58 iPSC from ten laboratories generated using a variety of reprogramming genes, vectors, and cells. Associated global molecular characterization studies identified functionally informative correlations in gene expression, DNA methylation, and/or copy-number variation among key developmental and oncogenic regulators as a result of donor, sex, line stability, reprogramming technology, and cell of origin. Furthermore, X-chromosome inactivation in PSC produced highly correlated differences in teratoma-lineage staining and regulator expression upon differentiation. All experimental results, and raw, processed, and metadata from these analyses, including powerful tools, are interactively accessible from a new online portal at https://www.synapse.org to serve as a reusable resource for the stem cell community.

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