多能性干细胞培养环境和多能性的相关研究

发布时间：2020-03-20 04:09

【摘要】：健康是人类发展历程中永恒的话题，而干细胞为人类疾病治疗开启一扇大门。干细胞是一群具有自我更新能力的细胞群体。根据多能性水平可以将干细胞分为多能性（pluripotent）干细胞，多潜能（multipotent）干细胞和单能性（unipotent）干细胞。多能性干细胞具有向体内各胚层的分化和自我更新的能力，这为将来干细治疗提供了理论可能。不同物种的多能性干细胞有很大的差别，这在分子标记和细胞克隆形态上都有体现。虽然多能性干细胞将来可作为再生医学的材料，但目前面临很多问题：对于灵长类胚胎干细胞的多能性还没有较统一的定论，不能确定啮齿类多能性干细胞的特性及实验能否在非灵长类动物或人上重复；干细胞的治疗尤其是组织器官修复，需要大量的细胞，目前没有快速获得和纯化的稳定系统；多能性干细胞或者分化之后目的细胞的安全性没有得到充分验证。针对以上问题我们进行了以下实验： 1通过改变培养条件将人的胚胎干细胞（human embryonic stem cells，human ESCs）状态转换成小鼠胚胎干细胞（mouse embryonic stem cells，mouse ESCs）的状态，并比较不同状态人胚胎干细胞所具有的不同生物学特征； 2建立高效快速的猪诱导多能性干细胞（pig induced pluripotent stem cells，pig iPS cells）培养系统，并使所获得的猪iPS细胞趋近于小鼠胚胎干细胞的状态； 3建立临床级别的人胚胎干细胞系，并进行生物安全性的检测； 通过以上实验我们的到了以下结果 1通过对培养体系进行改变和优化，可以将人的胚胎干细胞状态进行改变，使之趋于小鼠胚胎干细胞的状态，对这种转化后的人胚胎干细胞（mouse ESCs like human ESCs，mhESCs）的研究发现，mhESCs细胞可以进行单细胞传代，克隆形态类似小鼠ESCs的克隆，，更重要的是针对雌性的mhESCs来讲，它的两条X染色体都处于激活的状态，并且这种体系可以将人iPS细胞的诱导效率提高3-5倍。 2在猪的iPS细胞诱导方面，我们同样进行了培养体系的摸索改善，并在多能性方面对猪的iPS细胞进行深入分析。我们大大提高了猪iPS细胞的产生效率，并使猪iPS细胞的状态趋近与小鼠胚胎干细胞的状态（命名为pips_m细胞），通常猪iPS细胞克隆形态为扁平状，类似于人的胚胎干细胞状态[1,2]（命名为pips_h细胞）。不同状态的猪iPS细胞会有不同的基因表达模式，而这种模式可能导致了猪iPS细胞形态不同。pips_m细胞有更好的增殖效率和单细胞克隆形成能力，这个特点可以大大提高猪多能性细胞的电转效率。并且pips_m细胞可以更好的作为供体细胞进行核移植，提高体内和体外克隆胚胎的发育率。 3在进行基础研究的同时，我们也在通过培养体系的摸索开展临床级别干细胞实验，最终我们建立临床级别的胚胎孤雌干细胞系，并且通过了生物安全的各项检测。 这些研究结果表明环境对多能性细胞的状态起着重要的作用，我们的成果增强了对不同物种多能性的理解，并为将来的生产和临床应用提供很好的材料。
【图文】：

1 表示胚胎干细胞可以从囊胚中建立，2 为整个胚胎的发育时程，PrE 为原始外胚层，P为原始生殖细胞，都可作为 ESCs 的起源，建立出胚胎干细胞系。图 1-1 胚胎干细胞的起源Figure 1-1 The origin of ESCs [4-6]1.2 小鼠胚胎干细胞的研究进展第一株小鼠胚胎干细胞（mouse embryonic stem cells，mouse ESCs）是在 1981 年从培养的囊胚建立的[7, 8]，具有三胚层的分化能力。胚胎干细胞的出现代替了畸胎瘤胚胎

东北农业大学理学博士学位论文我更新中发挥作用，而另外一种生长因子，碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast factobFGF）却是人胚胎干细胞维持多能性所必需的[70]，bFGF 通过抑制相关因子促进胚胎干胞的自我更新[71]。Activin/Nodal 通过与 Smad2/Smad3 相互作用维持人胚胎干细胞自我更[72]，但这是小鼠胚胎干细胞中非必需的。此外 BMP 信号通路在人和小鼠胚胎干细胞自我新过程中发挥截然不同的作用：在小鼠胚胎干细胞中它可以活化 Id 基因从促使多能性基因表达维持自我更新[73]。而在人的胚胎干细胞中它的过表达会促使胚胎干细胞向滋养外胚分化[74]，这些研究表明虽然这两个物种胚胎干细胞的多能性标记类似，Oct4、Sox2、Nan都起着重要的作用[75]，都有形成畸胎瘤、分化成三胚层的能力，但内在的信号通路却有同。针对这些异同，科研人员认为这也许是两种不同的多能性状态，因此大家都开始针对下两个科学问题开展工作：是否可以从小鼠胚胎中分离出人胚胎干细胞样的多能性细胞，否可以进行人胚胎干细胞样和小鼠胚胎干细胞样多能性细胞的相互转换。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：Q813;R329.2

【参考文献】

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1 童第周;T3尚a

本文编号：2591220