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日本干细胞-成功地从人类多能干细胞中诱导并扩大培养的肢芽间充质细胞-四肢的起源②

日期:2021-11-17 10:59作者:admin

  3. 探索分化诱导条件

  首先,我们必须区分肢芽间充质细胞或其他类型的细胞化。

  研究小组注意到,肢芽间充质细胞中有一种名为Paired related homeobox 1 (PRRX1)的蛋白质具有特异性表达,而在该实验系统中出现的其他细胞中没有这种蛋白质。

  利用这一点,如果PRRX1的基因表达上升,就制作出了在显微镜下可以看到的性状转换后的人类iPS细胞(PRRX1 reporter iPS细胞)。

  首先,利用现有技术将PRRX1报告体iPS细胞诱导至侧板中胚层后,设定各种培养条件,探索有效分化诱导为肢芽间充质细胞的条件。

  如果它分化为肢芽间充质细胞,整合到 iPS 细胞中的 PRRX1 报告基因会使细胞产生荧光颜色,这可以通过显微镜观察轻松识别。

  然后,通过对条件的探索,发现了95 %以上的细胞PRRX1阳性,即分化为肢芽间充质细胞的分化诱导条件。

  接下来,需要开发在维持PRRX1高表达水平的情况下,继续扩大培养肢芽间充质细胞的技术。

  结果,成功地使肢芽间充质细胞稳定地增殖,研究小组将这种稳定增殖的肢芽间充质细胞命名为Expandable肢芽间充质细胞(ExpLBM: Expandable Limb bud mesenchymal cells)。

  ExpLBM作为一种性质,具有很高的软骨细胞分化能力和玻璃软骨组织形成能力,一旦移植到免疫缺陷的大鼠的软骨缺损部位,就会作为人源的软骨组织再生。

  此时,已经证明作为标志物的PRRX1的表达越高,诱导软骨细胞分化的能力越高。

  应用这一结果,我们探索了与 PRRX1 和细胞表面抗原的表达水平相关的分子,并确定了保证 ExpLBM 诱导软骨分化能力的分子。

  软骨组织的分化能力与一组名为CD的分子有相关性,CD90、CD140B呈阳性,CD82呈阴性时,诱导能力较高。

  这是ExpLBM质量控制中的重要标记信息,可以使用该信息来保证库存的ExpLBM或用于治疗的 ExpLBM的质量。

  4. 使用ExpLBM进行疾病模型和药物开发筛选

  由于ExpLBM具有能够大规模培养的优势,研究小组利用这一特点,开发了一种使用ExpLBM的疾病建模和药物开发筛选方法。

  使用的疾病模型是II型胶原功能障碍,这是导致四肢骨骼发育不良的遗传性骨系统疾病之一。

  众所周知,COL2A1基因的突变导致了这种疾病,研究小组成功地从II型胶原蛋白功能障碍患者中建立了iPS细胞,并从iPS细胞中建立了ExpLBM。

  建立的细胞检查了先明确的标记分子CD90、CD140B、CD82,确认了质量后,作为细胞库存被保存。

  对这些细胞的分析表明,与来自健康个体的iPS细胞衍生的ExpLBM相比,II型胶原功能障碍患者的软骨细胞分化潜能明显受到抑制。

  此外,电子显微镜的观察结果表明,在软骨组织体中,细胞内质网的定向发生了紊乱。

  最后,正在开发一个系统,该系统使用源自患者的ExpLBM来分析当添加候选化合物作为药物时细胞会发生什么。

  该系统是可以使用软骨分化指数通过图像分析软件对细胞信息进行集体量化的系统,是可以轻松地对化合物的效果进行大量分析的系统(高通量筛选系统)。

  该系统构建完成后,课题组利用该系统对软骨分化能力进行了大量分析,发现了部分化合物可通过患者来源的ExpLBM提高软骨分化能力。

  这项研究涉及多项突破。

  首先,成功地开发了一个高度可重复的实验系统和分化诱导系统。

  在某个研究室用这个方法分化诱导成功了,但是在别的研究室没有分化诱导,这样的例子很多,考虑是由于我们人类没有注意到的培养条件的差异。

  再现性高的实验系统有时会被表现为“宽容性强”,这是对不受环境差异影响,能够得出一定结果的优秀实验系统的表现。

  它还清楚地展示了构建疾病模型和药物开发筛选系统的路径。

  这项研究成果的内容发表在一篇论文中,但内容处于可以分为几篇论文的水平。

  通过在一篇论文中总结从细胞系的建立到疾病候选药物化合物的鉴定,这是将对今后干细胞研究产生重大影响的研究成果。

  利用干细胞进行治疗,其特点在于它可以有效的帮助人体当中替换或者再生体内的细胞, 一般情况下,干细胞都是要从患者自身当中进行提取,然后再植入患者身体当中,干细胞具有非常好的再生和繁殖能力,在不断的繁殖之下,就可以很好的填充已经损伤的软骨组织,从而达到治疗的目的。

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