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日本干细胞-成功研发出帮助日本干细胞分化增殖的智能人工细胞生长因子!②

日期:2021-11-16 10:16作者:admin

  3. 研究成果的内容

  本研究中使用的细胞生长因子与细胞膜上的受体结合,但细胞生长因子结合前的受体被分为两部分。

  当细胞生长因子结合时,两个独立的受体结合成二聚体。

  也就是说,细胞生长因子嵌入两个受体之间,起到桥梁作用,从而激活受体。然后,二聚体受体被激活,细胞内信号转导开始启动。

  这种通过细胞生长因子在两个受体之间起到桥梁作用而激活受体信号的机制,可以在许多细胞生长因子和受体的组合中找到。

  虽然很早以前就知道信号的强度受两个受体二聚体化的效率控制,但着眼于此的开发一直没有成功的例子。

  课题组再次关注由于这种二聚体效率的变化而引起的信号转导效应的变化,着手开发一种弥补这一差距的人工细胞生长因子。

  这个想法是可以通过人工生长因子的结构控制受体的二聚化效率来控制细胞内信号的强度。

  然而,即使使用传统蛋白质制作结构并将其用作人工细胞生长因子,受体的活性也会突然变得最大,因此它不是处于可控水平。

  所以研究小组使用了DNA适体。

  DNA适体主要由DNA组成,DNA在细胞核中不如DNA长,作为DNA片段,结构较短。

  DNA适体可以通过其序列与靶蛋白特异性结合。

  换句话说,这个想法是用一个DNA片段代替蛋白质—细胞生长因子。

  DNA aptamer可以通过SELEX方法(Systematic Evolution of Ligands by Exponential enrichment)进行人工合成,而且可以大量生产。

  研究小组将两个DNA适体结合起来制造人工细胞生长因子,并试图通过两个DNA适体的亲和力来控制受体介导的细胞内信号转导的效率。

  作为模型的系统是细胞生长因子之一的血管内皮细胞生长因子(VEGF: Vascular Endothelial Growth Factor)。血管内皮细胞增殖因子是血管网形成时发挥重要作用的分子,是构建生物体不可缺少的分子。

  另一方面,癌细胞会分泌血管内皮细胞生长因子,在癌细胞团内建立血管网络,为癌细胞提供氧气和营养,以及在癌症转移时为细胞提供通路。

  在生物体的发育和疾病中都是非常重要的分子,研究小组为了将这个机制作为评价系统使用,使用了人脐带静脉内皮细胞(HUVEC: Human Umbilical Vein Endothelial Cells)。

  研究小组使用DNA 适体制作的人工细胞生长因子,如果信号强度无法控制,即使改变人工细胞生长因子的浓度并添加到细胞中,得出的数据也总是以最大的状态出现。

  如果信号强度可以控制,取决于加入细胞的人工细胞生长因子的浓度,细胞呈现的数据在浓度高时应强,在浓度低时应弱。

  设计并使用了三种用于研究的人工细胞生长因子。结果表明,这些人工细胞生长因子能够控制人脐带内皮细胞的信号,从而控制细胞的反应。

  已经证明使用这种DNA适体可以控制细胞信号,但这种人工分子还有更多优势。

  例如,用于疾病的药物在大多数情况下或多或少都有副作用。

  但是,由于这种人工细胞生长因子使用了DNA这种原本存在于我们体内的物质,因此产生副作用的风险并没有那么大。

  在这种情况下,我们可以用“生物相容性高”这个词来形容,也就是成功开发出了相容性高的物质。

  此外,人工DNA片段在化学上易于合成,并且可以低成本生产。

  类似的核酸片段(DNA、RNA等片段)有用于PCR的引物,但即使连接20个核碱基,这些引物也能以1000日元左右的价格购买。

  这个人工细胞增殖因子可以以非常低的成本制造,不必像一般化合物的药物那样考虑大的副作用风险,而是通过每个受体改变碱排列模式等操作控制多种受体的分子有可能容易制作出来。

  4. 干细胞在医疗和研究中的应用路径

  细胞生长因子可以直接用于医疗,但它也是细胞培养必不可少的分子,世界各地的研究室为了将这种细胞增殖因子添加到细胞中,正在购买添加到培养液中的血清。

  细胞生长因子不仅在疾病治疗中,在研究治疗方法的基础领域中也是必需的物质。

  如果能够人工合成,并且能够控制对细胞的影响程度,那么用于培养研究的细胞生长因子的成本将大大降低。

  如果能够进一步开发出最适合干细胞培养的人工细胞增殖因子,那么运行成本较高的干细胞研究成本也会降低,更多的研究人员可以着手进行干细胞研究。

  而人工细胞生长因子本身可以作为一种有用的药物使用。

  在这种情况下,在开发出有用的人工细胞增殖因子之后,可以省去降低成本的步骤,直接进行临床试验,一旦获得批准就可以进入市场。

  也就是说,以前在药品上看到的“通过降低成本来减轻患者的经济负担”这一步骤可能不再必要。

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