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利用人类诱导多功能干细胞可大量制备红细胞

更新时间:2013-12-12 14:03:00点击次数:2374次字号:T|T

京都大学人类诱导性多能干细胞研究所和东京大学等的研究小组日前宣布,他们利用能够发育成各种细胞和组织的人类诱导性多能干细胞(iPS细胞),培育出了红系祖细胞,接着大量制备出红细胞。相关研究结果已经刊登在2013年12月5日出版的美国著名科学杂志《Stem cell reports 干细胞报告》。由于红系祖细胞几乎可以无限增殖,因此此次开发的方法将有助于实现红细胞的稳定供应。
        血液中的红细胞负责运送氧气,除用于白血病和再生不良性贫血等血液疾病的治疗外,还用于为接受手术的患者输血。目前,红细胞主要靠献血采集,但是由于面临生育率降低和老龄化问题,供应往往不足。
        研究小组向人类诱导性多能干细胞转染“c-MYC”和“BCL-XL”两个基因,并且使用化合物增强其功能,结果培育出了可以发育成红细胞的红系祖细胞。  
        红系祖细胞可以持续6个月以上进行增殖,此后,使上述两种基因停止发挥作用后,就开始变为红细胞。这种红细胞具有运送氧气的功能,注射到实验鼠体内后,有一部分在实验鼠体内实现了循环,成为成熟的红血球。
        研究小组认为,与此前的一些方法相比,此次开发出的方法更加接近活体机制,所以安全性更高。
        人类诱导性多能干细胞研究所江藤浩之教授指出:“今后如果能够进一步改良,提高发育为成熟红细胞的效率,就有可能实现红细胞的稳定供应。”
        研究小组利用与人类诱导性多能干细胞拥有同样能力的胚胎干细胞(ES细胞)进行实验时也获得了成功。
        利用这项研发成果,今后可利用干细胞培育出能够携带氧的红细胞,在此基础上有望大量培育用于输血的红细胞,帮助医疗系统缓解用血紧张状况。

推荐原文阅读:
Immortalization of Erythroblasts by c-MYC and BCL-XLEnables Large-Scale Erythrocyte Production from Human Pluripotent Stem Cells
Stem Cell Reports, 05 December 2013
Authors
Sho-ichi Hirose,Naoya Takayama,Sou Nakamura,Kazumichi Nagasawa,Kiyosumi Ochi,Shinji Hirata,Satoshi Yamazaki,Tomoyuki Yamaguchi,Makoto Otsu,Shinya Sano,Nobuyasu Takahashi,Akira Sawaguchi,Mamoru Ito,Takashi Kato,Hiromitsu Nakauchi,Koji Eto
Highlights
Immortalized-type erythroblasts are established by overexpression of c-MYC and BCL-XL
After genes are turned off, imERYPCs differentiate into mature erythroblasts in vitro
ImERYPC-derived mature cells show oxygen delivery capability similar to normal RBCs
Enucleated cells reveal circulation potential in immune-deficient mice
Summary
The lack of knowledge about the mechanism of erythrocyte biogenesis through self-replication makes the in vitro generation of large quantities of cells difficult. We show that transduction of c-MYC and BCL-XL into multipotent hematopoietic progenitor cells derived from pluripotent stem cells and gene overexpression enable sustained exponential self-replication of glycophorin A+ erythroblasts, which we term immortalized erythrocyte progenitor cells (imERYPCs). In an inducible expression system, turning off the overexpression of c-MYC and BCL-XL enabled imERYPCs to mature with chromatin condensation and reduced cell size, hemoglobin synthesis, downregulation of GCN5, upregulation of GATA1, and endogenous BCL-XL and RAF1, all of which appeared to recapitulate normal erythropoiesis. imERYPCs mostly displayed fetal-type hemoglobin and normal oxygen dissociation in vitro and circulation in immunodeficient mice following transfusion. Using critical factors to induce imERYPCs provides a model of erythrocyte biogenesis that could potentially contribute to a stable supply of erythrocytes for donor-independent transfusion.

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