最近發(fā)表在NanoLetters上的一項(xiàng)研究介紹了一種將顆粒輸送到干細(xì)胞中的新方法，而干細(xì)胞是出了名的難以穿透。這一發(fā)現(xiàn)將使指導(dǎo)和加強(qiáng)再生醫(yī)學(xué)所涉及的過程變得更加容易。
再生醫(yī)學(xué)利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即我們身體的干細(xì)胞可以變成許多其他細(xì)胞類型，這些細(xì)胞類型對于組織和器官的再生至關(guān)重要，例如心臟或神經(jīng)細(xì)胞。
每種類型的細(xì)胞都有專門的特性和功能，因此利用干細(xì)胞發(fā)育的潛力意味著再生醫(yī)學(xué)為許多疾病提供了一些最有希望的治療方法。
為了控制干細(xì)胞變成的細(xì)胞類型，科學(xué)家需要通過將遺傳信息插入干細(xì)胞的細(xì)胞核來重新編程細(xì)胞的基因，就像操作員調(diào)整鐵軌以改變火車的方向一樣。
然而，干細(xì)胞具有強(qiáng)大的保護(hù)作用，可以阻止任何東西進(jìn)入，類似于我們的皮膚，因此操縱干細(xì)胞的分化一直存在問題。
研究人員一直致力于使用大鼠干細(xì)胞來克服這一問題，并創(chuàng)造了一種繞過細(xì)胞保護(hù)屏障的方法。
來自中國西交利物浦大學(xué)(XJTLU)的阮剛博士和通訊作者說：“我們的新方法意味著我們可以更快、更有效地將遺傳信息傳遞給干細(xì)胞，并控制細(xì)胞的種類他們成為。”
同樣來自西交利物浦大學(xué)的文曉偉博士和通訊作者補(bǔ)充說：“能夠用這種新方法控制細(xì)胞分化意味著我們可以提高干細(xì)胞治療的效率，因?yàn)槲覀兛梢愿玫乜刂萍?xì)胞轉(zhuǎn)化成什么。這意味著更少細(xì)胞將被浪費(fèi)，我們將需要更少的細(xì)胞來幫助再生或修復(fù)受損的組織和器官。
“這反過來又降低了成本并提高了患者的生活質(zhì)量，因?yàn)榭梢允褂酶杉?xì)胞而不是供應(yīng)有限的供體器官。”
腳手架解決方案
溫博士解釋了為什么需要新技術(shù)來利用干細(xì)胞的獨(dú)特特性。
“隨著年齡的增長，我們體內(nèi)干細(xì)胞的數(shù)量急劇減少。因此，為了利用它們再生受損細(xì)胞組織和器官的潛力，我們需要將它們植入體內(nèi)。
“不幸的是，引入的干細(xì)胞一旦進(jìn)入體內(nèi)通常會在大約一周內(nèi)死亡，但可能需要大約四個(gè)星期才能分化成其他細(xì)胞類型。
“因此，在我們的實(shí)驗(yàn)室中，我們在體外培養(yǎng)干細(xì)胞。然后使用我們的新方法，我們可以使用納米粒子將特定的遺傳信息插入細(xì)胞，使它們變成特定類型的細(xì)胞。
“一旦細(xì)胞分化成目標(biāo)細(xì)胞類型，我們就會將它們放入身體組織受損的區(qū)域，以便它們幫助恢復(fù)組織。”
在之前的一項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)確定了將納米粒子輸送到干細(xì)胞過程中的瓶頸。他們表明納米顆粒被困在氣泡狀囊泡中，阻止它們進(jìn)入干細(xì)胞，但尚不清楚原因。
突破壁壘
為了了解如何克服干細(xì)胞屏障帶來的困難，研究人員團(tuán)隊(duì)研究了改善納米粒子跨細(xì)胞膜運(yùn)動(dòng)的方法，納米粒子可以攜帶遺傳信息，指導(dǎo)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為新的細(xì)胞類型.
“我們嘗試了許多在其他細(xì)胞類型中有效的方法，但我們發(fā)現(xiàn)其中大部分都慘遭失敗，即使是那些我們寄予厚望的方法，”阮博士說。
“最終，我們發(fā)現(xiàn)用一種聚合物包裹納米粒子有助于它們進(jìn)入干細(xì)胞。
“與未涂層的納米粒子不同，涂層納米粒子避免陷入囊泡中。事實(shí)上，它們似乎完全繞過了囊泡并更直接地進(jìn)入細(xì)胞。
“這實(shí)際上不是我們預(yù)期會成功的方法。”
目前尚不清楚涂層為何起作用，但這一發(fā)現(xiàn)將有助于更有效地將遺傳信息傳遞給干細(xì)胞，從而更容易控制它們變成哪些細(xì)胞。
然而，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)識到在將這種方法用于臨床之前還有很長的路要走。
阮博士說：“我們不僅需要進(jìn)一步優(yōu)化進(jìn)入細(xì)胞的遞送，還需要精確控制它何時(shí)發(fā)生。”
“但這是朝著正確方向邁出的步。”
通過破壞發(fā)現(xiàn)
盡管涂層納米粒子更容易進(jìn)入干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)有助于解決遞送問題，但為什么干細(xì)胞如此難以進(jìn)入的根本問題仍然存在。
因此，該團(tuán)隊(duì)研究了干細(xì)胞周圍的屏障，即細(xì)胞膜，以了解哪些特征賦予了它們?nèi)绱霜?dú)特的特性。
他們從六只老鼠身上采集了干細(xì)胞樣本，并使用一種叫做超聲波發(fā)生器的裝置，就像一個(gè)微型氣動(dòng)鉆，來分解細(xì)胞，然后測量損傷量。
他們發(fā)現(xiàn)，與更容易將遺傳信息轉(zhuǎn)移到其中的其他細(xì)胞類型相比，干細(xì)胞膜更難被破壞。
“在超聲處理時(shí)，干細(xì)胞膜似乎比其他類型的細(xì)胞更堅(jiān)固。研究的初步結(jié)果還表明，干細(xì)胞的細(xì)胞膜中含有更多的膽固醇，”阮博士說。
“這種額外的膽固醇使細(xì)胞膜更加堅(jiān)硬，類似于我們血管中膽固醇引起的問題。這可能就是為什么納米顆粒很難穿過干細(xì)胞膜的原因，盡管需要更多的研究來證實(shí)這一點(diǎn)”
雖然結(jié)果是初步的，但這種對干細(xì)胞特性的理解將進(jìn)一步幫助開發(fā)使用涂層納米顆粒的干細(xì)胞遞送和未來再生療法的優(yōu)化。
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