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Nature:跳过干细胞中间步骤,直接重编程恢复视力的新技术

来自北德克萨斯大学等处的研究人员发现了一种将皮肤细胞直接重编程为可用于恢复视觉的光敏细胞的新技术,研究证实实验室制造的细胞能使失明小鼠检测到光线。

这一成果公布在4月15日Nature杂志上。

迄今为止,研究人员已经通过在皮肤或血细胞中构建干细胞,将这些干细胞编程为感光细胞,然后将其移植到眼中。而在这项新研究中,科学家表明可以跳过干细胞的中间步骤,直接将皮肤细胞重编程为感光细胞,然后移植到视网膜中。

“这是一项表明直接重编程可以产生视网膜样细胞的研究,提供了一种新的,更快的策略来开发针对年龄相关性黄斑变性和其他由光感受器丢失引起的视网膜疾病的疗法。” 文章作者Anand Swaroop博士说。

在过去的十年中,科学家对诱导性多能干细胞(iPS)进行了广泛研究。 这种细胞是在实验室中由成年细胞开发而来,可用于制造几乎任何类型的替代细胞或组织。但是,iPS细胞重编程方案可能需要六个月的时间才能将细胞或组织准备好进行移植。相比之下,研究中描述的直接重编程将皮肤细胞转变为功能性光感受细胞,仅需10天即可移植。

文章通讯作者Sai Chavala博士说:“我们的技术直接从皮肤细胞转变为感光细胞,无需两者之间的干细胞。”

直接重编程技术是将皮肤细胞浸入五种小分子化合物的混合物中,这些小分子化合物化学上介导与视杆细胞有关的分子途径。之后研究人员进行了基因表达谱分析,结果表明新细胞表达的基因与真实视杆细胞表达的基因相似。同时,与皮肤细胞功能有关的基因也被下调。

研究人员将这些细胞移植到视网膜变性的小鼠中,然后测试它们的瞳孔反射,这是移植后光感受器功能的一种检测方式。在弱光条件下,瞳孔收缩取决于视杆感光器功能。在移植的一个月内,与未经治疗的对照组相比,在低光下14只动物中有6只(43%)表现出强烈的瞳孔收缩。

而且,与没有瞳孔反应和未治疗的对照组的治疗小鼠相比,瞳孔收缩的小鼠明显可以在暗处生活。偏爱黑暗空间是一种需要视觉的行为,反映了小鼠自然寻找安全,黑暗位置而不是明亮位置的自然趋势。

“即使是视网膜严重退化的小鼠,几乎没有保留活的感光细胞,也能对移植产生反应。这些发现表明,观察到的视觉改善是由于实验室制造的感光细胞,而不是由于宿主健康辅助作用。”

移植后三个月,免疫荧光研究证实了实验室制造的感光细胞存活,以及它们与内视网膜神经元产生了突触连接。

重要的是,研究人员研究了这种直接重编程是如何在细胞水平上介导的。这些见解将帮助研究人员不仅将该技术应用于视网膜,而且应用于许多其他细胞类型。

作者指出,如果能够提高这种直接转化的效率,那么这可能会大大减少开发潜在的细胞疗法产品或疾病模型所花费的时间。

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