揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!

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从早年新闻报道的运动员用干细胞恢复运动功能,名人明星用其抗衰延老,到如今备受关注的干细胞治疗糖尿病、再生受损的视网膜、干细胞修复神经……


干细胞治疗成为了生命科学前沿最受重视的领域之一,而不少人也开始好奇,这样一个小小的细胞,是如何成为“万能细胞”的呢?它又是怎样通过怎样的分化方式到达治愈患者的目的呢?


在显微镜下,科学家为我们揭秘了干细胞的分化过程——


间充质干细胞


间充质干细胞(MSC)是当前干细胞临床应用最为广泛的一类,属于多能干细胞 ,可以分化为人体多种细胞,包括脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞、肌腱细胞等等。


在科学家的研究及努力下,间充质干细胞还可以诱导分化为肝细胞、胰岛β细胞、神经细胞等,具有重要的医学价值,可以免疫抑制、组织修复和再生器官。


间充质干细胞的分化


在提取间充质细胞后,科学家将其放在黑暗的培养箱中,我们一般无法观察到详细的干细胞动态增殖情况。


现在,科学家们用有录像功能的显微镜,动态记录下来了间充质干细胞神奇的增殖行为。


有丝分裂


培育过程中,间充质干细胞会进行一个十分重要的分裂环节即有丝分裂。


显微镜下的间充质干细胞胞体收缩变圆,仿佛是在逐渐凝聚成一股力量,等待机会“蓄力爆破”。

揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图1)

△ 逐渐收缩成球体的间充质干细胞


繁殖阶段


一段时间后,间充质干细胞达到了最旺盛的繁殖状态,当细胞数量几近饱和密度,染色体复制完成后再来一个分身式分裂,从而1变2,2变4,4变8……此时增殖数量、分裂次数陡增。


当然,镜头下的细胞增殖过程是被按下快进键的,通常低代数的细胞分裂一次所需要的时间大概是22小时,初期可以说相对漫长了。

揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图2)

△ 细胞一分为二,开始复制性增殖


复制般的增殖,可确保染色体上的遗传物质DNA完全一模一样,使细胞的子代和亲代之间保持了遗传物质复制的稳定性。


最终,间充质干细胞将分化成特定的细胞群,帮助修复机体,治疗疾病。


值得一提的是,间充质干细胞不是一群进行的一系列分裂、增殖、分化的“木头人”。它们其实是会不停游走、奔波,积极与其他细胞碰撞、交流。


原代培养克隆性增殖


在原代培养期间, 间充质干细胞常常是克隆性增殖,先形成一个小的细胞团,然后围绕这个细胞团逐步向外增殖。


它们一边增殖边向外游走,慢慢占满一片领域。

揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图3)

△ 原代细胞边增殖边向外游走

揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图4)

△ 占满了一大片领域


传代培养相对分散


传代的间充质干细胞接种于平面培养瓶中,分散式分布在不同的位置。


揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图5)

△ 在培养瓶中分散的间充质干细胞


间充质干细胞并不是在一个位置上增殖为一分为二,而是不断地游走,并与其他位置的细胞相互碰撞交流,在这个游走过程中同时进行裂变增殖。


揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图6)

△ 游走分裂壮大的增殖队伍


看完这些,大家对间充质干细胞强大的分裂增殖能力也有所了解了。


而也正因此,间充质干细胞在运用于临床时,发挥着超强的组织修复、器官再生的功能作用。


它们通过分化为成熟的组织器官细胞,可以用来替代受损伤的细胞;通过和细胞融合,可以挽救受伤细胞;同时,间充质干细胞还可以分泌细胞因子促进组织器官的干细胞增殖,分泌外泌体或微小囊泡,通过膜融合进入受伤细胞内部,甚至可以向受伤的细胞输送线粒体和其他物质等等。


了解干细胞的分化的过程,是细胞干预修复各类疾病与抗衰的基础。正是因为干细胞的分化功能,才使细胞治疗运用到相应疾病的实际治疗成为可能。


在中国干细胞第十一届年会上的开幕式上,中国科学家就表示,包括台湾地区,我国现已申报、注册的干细胞研究项目,已超过860个,仅次于美国,排名世界第二位。


中国干细胞研究已经迈入了从基础研究到临床转化的转折阶段。

揭秘:神奇干细胞原来是这样分化的!(图7)


在当前卫健委已经完成备案工作的133个干细胞临床研究备案项目里,研究主要分布在神经系统疾病、消化内科疾病、妇科疾病、呼吸系统疾病、皮肤科疾病、免疫系统疾病、骨科疾病和心血管疾病等。


干细胞的研究方兴未艾,而我们也期待在未来的精准医疗中,中国科学家也将凭借全球领先的干细胞研究技术,让人们获得更高质量的健康与生命。


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