7月11日最新出版的《自然》雜志上刊登了一則關(guān)于再生醫(yī)學領域的重大消息,來自于美國印第安那大學醫(yī)學院的科學家們成功地將小鼠胚胎干細胞轉(zhuǎn)化成為內(nèi)耳重要結(jié)構(gòu)。
這無意啟發(fā)了關(guān)于感覺器官發(fā)育過程的一些新認識,并為建立實驗室疾病模型、藥物發(fā)現(xiàn)已及針對聽力喪失和平衡障礙開發(fā)潛在療法創(chuàng)造了條件。
研究人員表示,通過利用三維細胞培養(yǎng)方法,他們成功誘導干細胞發(fā)育形成了內(nèi)耳感覺上皮,其由毛細胞、支持細胞和神經(jīng)元構(gòu)成,能夠檢測聲音、頭部運動和重力。
以往研究人員曾試圖在標準細胞培養(yǎng)系統(tǒng)中“培育”出內(nèi)耳毛細胞,然而由于細胞培養(yǎng)平皿缺乏聽覺細胞感受體(hair bundle,感覺毛細胞的標志物,一種檢測聽覺或前庭信號的重要結(jié)構(gòu))發(fā)育所需的信號,他們的研究工作進展不大。而在這項最新研究中,科學家確定了需要將細胞聚集物懸浮在一種專門的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng),為其提供一個更接近人體早期發(fā)育的環(huán)境。
研究人員模擬早期發(fā)育過程,按照精確的時間利用幾個小分子,促使干細胞從一個階段分化進入另一個階段,形成了內(nèi)耳前體。研究人員表示,三維懸浮培養(yǎng)使得細胞能夠利用存在于胚胎發(fā)育過程中的機械信號,例如細胞彼此牽拉所造成的張力。
令研究人員感到驚訝的是,干細胞被引導變成了內(nèi)耳前體,放置在 3D 培養(yǎng)物中的這些細胞似乎不僅知道要變?yōu)閮?nèi)耳中不同的細胞類型,還知道如何自組裝成與天然內(nèi)耳顯著相似的模式。研究人員最初的目的是在培養(yǎng)物中生成內(nèi)耳前體,然而在測試時卻發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)皿中有數(shù)以千計的毛細胞。
電生理測試進一步證實,由于細胞生成的這些毛細胞能夠感知重力和移動。此外,細胞培養(yǎng)物中還形成了像那些通常連接內(nèi)耳細胞和大腦的神經(jīng)元一樣的細胞,它們與毛細胞相連接。
研究人員同時表示,雖然尚需要開展更多的相關(guān)研究來明確證實與聽覺感知相關(guān)的內(nèi)耳細胞可能存在的形成機制,以及怎樣才能夠應用這些過程來形成人的內(nèi)耳細胞。但可以肯定的是,此項新研究為更好地了解內(nèi)耳發(fā)育過程,以及構(gòu)建出新藥開發(fā)模型,乃至生成細胞療法來治療內(nèi)耳疾病指出了一條新的路徑。
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