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2008《科学》十大突破最高奖:细胞程序重排技术

文章来源:生物通   
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生物通报道,《科学》杂志公布了2008年度科学届十大重大突破成果。在其年度十大科学突破名单中,将最高的奖项授予了细胞程序重排技术。其中最耀眼的iPS技术自2007年出现以来,就被Science,Nature,Times列为07年的十大科学突破,2008年iPS一如既往地阔步飞跃,取得了令人瞩目的成绩。《科学》杂志将最高荣誉授予细胞程序重排技术的理由是:短短一年时间,

  

生物通报道,《科学》杂志公布了2008年度科学届十大重大突破成果。在其年度十大科学突破名单中,将最高的奖项授予了细胞程序重排技术。其中最耀眼的iPS技术自2007年出现以来,就被Science ,Nature, Times列为07年的十大科学突破,2008年iPS一如既往地阔步飞跃,取得了令人瞩目的成绩。

  

《科学》杂志将最高荣誉授予细胞程序重排技术的理由是:短短一年时间,iPS技术从将正常细胞转变为诱导多能干细胞(iPS)进步到可以将病人体内异常的细胞诱导为诱导多能干细胞(iPS)。听起来就像是魔法般,从有病的细胞变成无病的细胞,那么由此推开去,有病的机体也可以通过这种办法变成没病的机体,病人可以变成健康人。

  

据《科学》杂志主管新闻的副主编Robert Coontz说,当《科学》杂志的作者和编辑开始着手挑选本年度最大的科学进展的时候,我们在寻找回答宇宙是如何运作的重大问题以及那些为未来的发现铺平道路的研究。我们首选的是细胞程序的重新设定,这项研究几乎一夜之间开启了一个生物学的新的领域,它有希望改变医学治疗现状,挽救更多的病患。

  

生物通在此为各位读者详解细胞程序重排技术的发展历程,主要分三个部分,一、iPS的起源;二、入选《科学》年度十大科学突破的理由;三、根据生物通往期的报道,整理iPS2008年取得的进展,解析国外以及国内的研究突破。生物通报道了大量iPS技术今年取得的进展,并且iPS技术已经入选生物通十大新闻评选候选新闻名单,请赶快投下您神圣的一票,Sigma-Aldrich特约之2008生命科学十大新闻评选

一、iPS起源 

在iPS技术以前,科学家们很早就开始尝试细胞重新编程的研究工作,期望将分化的细胞重新编程获得具有干细胞样的多能细胞,在这个领域里,发展了三种技术:体细胞核移植术、细胞融合术和体外培养术。

  

然而,体细胞核移植术应用到人类需要人的卵细胞,涉及伦理问题,因此,在人类身上该技术停滞发展步伐,被科学家们渐渐遗弃。细胞融合技术因细胞的融合不可避免地使用杂交细胞多出的一套染色体,因此限制了此法在临床上的应用。体外培养技术因大多会缺失MHCI而被天然杀伤细胞识别和误杀因此也得到的临床上的应用。

  

历史的巨轮在前进,尽管这些方法最终告败,但是在这些研究中积淀了很多关于细胞程序重排的宝贵经验,科学家们逐渐了解到细胞重排过程中所需要的一些诱导转录因子。当反转录病毒载体技术发展起来,科学家们开始尝试将病毒载体携带转录因子导入分化细胞中,iPS技术吸收了细胞程序重排技术50多年的精华后横空出世。

  

2007年11月20日,美国和日本两个独立研究小组分别宣布,他们的研究人员成功地将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的干细胞。

  

这两个独立研究小组分别是美国威斯康辛大学麦迪逊分校的一个研究小组和日本京都大学一个研究小组,有趣的是,他们的研究成果分别发表在顶级杂志上,美国研究小组的文章发表在11月22日出版的《Science》杂志上,日本研究小组的文章发表在11月30日出版的《Cell》杂志上。

  

领导日本研究小组的是京都大学的山中伸弥教授,他早在2006年发现,将Oct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4这四个转录因子的基因,通过反转录病毒载体转染整合到MEFs(小鼠胚胎成纤维细胞,mouse embryonic fibroblasts)和TTFs(小鼠尾尖成纤维细胞,tail-tipfibroblasts)的核基因组后,将这些细胞诱导成了像ES细胞一样具有多向分化潜能的干细胞,由这种方法得到的细胞称为iPS细胞。由此,诱导体细胞为iPS细胞成为了细胞重编程领域研究的热点。

  

到了2007年后,科学家们的研究焦点从小鼠的成纤维细胞转向人类的细胞。干细胞史上划时代的里程碑时刻到来了。2007年11月,日本山中伸弥研究小组和美国华人女科学家俞君英研究小组分别成功地将人类的成纤维细胞诱导成了iPS细胞,使得利用iPS细胞用于临床治疗的可能性又向前迈进了一步。

  

二、入选《科学》年度十大科学突破的理由

iPS自2007年出现以来,就曾荣登Nature Science Times年度十大科学成果突破榜,缘何今年Science年度十大科学突破的最高奖项又再次花落与iPS有密切联系的细胞程序重排技术。听我一一道来。 

 

2008年,iPS技术沿袭2007的余热,受到多个实验室的关注,在这一年里取得了诸多突破。Science杂志的编辑们认为,本年度7月31日Science发表一篇来自哈佛大学和哥伦比亚大学研究者的文章,据哈佛大学的Kevin Eggan介绍,研究小组从一名82岁的肌肉萎缩性(脊髓)侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)女性患者的皮肤细胞中提取病态的皮肤细胞,通过iPS诱导技术将病态细胞转变为诱导多能干细胞,并经过定向诱导促使其分化成运动神经元(在ALS患者体内发生病变的就是运动神经元)。(详细报道请点击:Science:ips又有新突破) 

 

将病态细胞转化为诱导多能干细胞对临床治疗来说不仅规避了伦理问题,还消除了抑制排斥的问题。 

 

尽管还没有在临床上试验这些细胞的治疗效果,但是iPS技术实现了三级跳,从小鼠的成纤维细胞诱导干细胞—人皮肤成纤维细胞诱导干细胞—病态皮肤细胞诱导干细胞。 

 

iPS技术为再生医学带来了极大的希望,尽管临床应用前路漫漫,今年的iPS技术取得了瞩目的成就,向iPS临床应用又迈进了一步。研究者们对iPS治疗帕金森,Ⅰ型糖尿病等疾病寄予厚望。 

 

另外,哈佛大学干细胞研究所的Douglas A. Melton今年8月在Nature发表了一篇文章,进一步深化了iPS技术的研究,他们在小鼠体内通过基因重排技术,将三个重要的转录因子Ngn3、Pdx1和Mafa导入小鼠分化成熟的胰腺外分泌细胞内,经过重排后的胰腺外分泌细胞诱导转变成为胰腺β细胞,重排产生的β细胞从大小、结构以及超微结构来说与内生胰腺β细胞没有差异。这一研究成果表明,细胞重排技术发展到现阶段可以直接将器官中的成体分化细胞经过程序重排诱导成我们想要的功能细胞,而绕过了先诱导成多能干细胞再定向分化的繁琐操作。

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