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【科技前沿】生命的起点细胞竟能这样诞生

来源:光明网-《光明日报》2022-06-23 09:28

   【科技前沿】

  拔下一把毫毛,丢在口中嚼碎,吹一口仙气,说一声“变”,就能瞬间蹦出两三百个小猴子和孙悟空一起痛打妖怪——《西游记》中,将对“再生”的无尽憧憬寄托在字里行间。如今,伴随一代代科学家孜孜不倦地求索,憧憬正在走向现实。

  记者从清华大学获悉,该校药学院丁胜团队以哺乳动物小鼠为主要研究对象,首次发现全能干细胞的体外定向诱导及其稳定培养的“神奇药水”。在未来,像小说中孙悟空身上的毫毛,动物身上的血液、皮肤等任何一处体细胞,都能通过重新编程为多能干细胞,进而“用药”后成为能够独立形成生命的全能干细胞。该研究标志着全新的生命创造研究领域开启。

   6月21日,丁胜团队的研究成果——《采用小分子鸡尾酒组合诱导小鼠全能干细胞》在国际学术期刊《自然》杂志上发表。

  生命全新起点的发现

  众所周知,生命的起点是一个细胞。无论是血液、大脑或肝脏细胞,都可以追溯回这个单细胞胚胎或受精卵。在自然界中,精子和卵子结合产生受精卵,受精卵会分裂形成新细胞,新细胞继续分裂并逐渐特化,即产生组织器官的特异性和功能,这一过程不可逆转。一旦单细胞胚胎分裂并达到二细胞胚胎阶段,细胞将很快失去产生生命个体以及分化形成所有胚内和胚外细胞类型的能力。

  从克隆技术到再生医学,如何找到除自然胚胎孕育之外的其他途径来创造或复原生命,一直是生命科学领域追求的一个目标。它吸引着一代代科学家投入其中,相关的重大成果更是数次获得诺贝尔奖的青睐。例如,2006年,日本科学家山中伸弥带领团队发明了诱导表皮细胞使之变身为多能干细胞的方法,并因此获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。然而,除全能干细胞,没有任何其他干细胞有可能独立形成生命。如何让多能干细胞再升级,是生命科学领域待突破的新问题。

  丁胜研究团队介绍,他们发现了一种全新的药物组合,能够特异地诱导出一类具备转变为完整有机体潜能的全能干细胞。这一创新的替代路径——从更成熟的细胞,而不是利用生殖细胞(精子和卵子)获取生命最早的起始细胞,具有广泛的意义。

  同时,研究人员能够在实验室中保持诱导所产生细胞的全能性(即一个或一类细胞具有发育成胚内和胚外组织的所有分化细胞,并进而形成一个有机体的能力),为后续研究提供一个稳定的系统来揭开生命创造的神秘面纱。这一系统非常重要,因为它将使许多关于生命起源的科学研究成为可能。例如,科学家可以使用这个系统来深入理解和操控全能干细胞,以更好地理解生命开始时高度协调的过程。

   “特定的细胞必须在特定的时间和位置出现,生命才会形成。”丁胜表示,“没有合适的工具就无法深入研究这一问题。从这个角度来说,这一研究发现迈出了探索生命起源的重要一步,并为该领域后续的研究奠定了坚实的基础并带来了巨大的机遇。”

  深入理解并掌握全能干细胞意义深远

  生命何时、何地、在什么条件下、从哪里来?这是人类亘古不变的求索。从2015年开始,研究生命起点的问题,是丁胜团队的目标。

  丁胜团队将研究重点聚焦在三个方面:无须生殖细胞参与、解决多能干细胞在什么条件下可以逆转为具有独立产生生命个体能力的全能干细胞、逆转后的全能干细胞可稳定培养且能自我复制。

   “逆转包含两层含义,表面看上去是细胞年龄的‘返老还童’,本质上是细胞‘命运的转折’,即能否重返全能干细胞阶段,从而具备产生独立生命个体的潜能。”丁胜表示。

   2015年以来,丁胜结合自己20多年通过化合物调节干细胞的研究经验,带领团队在自己实验室找寻小鼠多能干细胞向全能干细胞逆转的“神奇药水组合”。6年间,团队选择并筛选了数千个小分子组合。通过多轮分析,发现并最终确定了三种小分子的组合,可以将小鼠多能干细胞诱导成具有全能特性的细胞,并将这种分子组合称为TAW鸡尾酒药物组合。

  研究团队详细核实确认了TAW诱导后的细胞,包括它们的全能性和非多能性。这些细胞在所有的转录组、表观组和代谢组水平上都通过了严格的分子测试标准。

  为进一步证明TAW细胞具有真正的全能性,研究团队在体外测试了它们的分化潜力,并将其注射到小鼠早期胚胎中以观察其体内的分化潜力。他们发现,这些细胞不仅在培养皿中表现出真正的全能干细胞的特点,而且在体内还分化成胚内和胚外谱系。

  此外,研究人员在特殊培养条件下培养由TAW鸡尾酒药物组合诱导的全能干细胞时,新生细胞也显示出类似的全能特性。这一观察结果表明,TAW诱导的细胞在实验室环境中可以保持全能性,从而建立一个稳定的系统。

  丁胜表示,深入理解并掌握全能干细胞的意义深远:“例如,它为再次创造个体生命甚至加速不同物种的进化创造了可能。作为科学家,我们会专注于推动科学发现,并为未来的研究者提供科学研究与社会伦理层面决策的知识与工具。科学极限的突破或可推动公共政策的改革,合理调整科学研究与社会伦理的平衡,让科学能有更多探索空间,为人类的发展拓宽边界。”

   (光明日报记者 邓晖 光明日报通讯员 王晓霞)

[ 责编:肖春芳 ]
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