多倫多大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種方法，可以快速地篩選人類干細(xì)胞以及更好地控制它們的轉(zhuǎn)化。這一技術(shù)有潛力應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)和藥物研發(fā)。研究結(jié)果發(fā)表在本周的《自然方法》（Nature Methods）雜志上。

    這項(xiàng)研究工作是由多倫多大學(xué)加拿大生物工程學(xué)首席科學(xué)家Peter Zandstra教授實(shí)驗(yàn)室完成。“這項(xiàng)工作使得我們更好地了解了如何更有效地將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為臨床可用的細(xì)胞類型，”多倫多大學(xué)生物材料和生物醫(yī)學(xué)工程（IBBME）研究所博士生Emanuel Nazareth說(shuō)。

    人類利用了人類多能干細(xì)胞（hPSC），這類細(xì)胞有潛力分化并最終變成體內(nèi)所有的細(xì)胞類型。Nazareth說(shuō)，讓干細(xì)胞長(zhǎng)成如皮膚細(xì)胞或心臟組織這樣的特定細(xì)胞類型的關(guān)鍵在于，要在適當(dāng)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)物中培育它們，然而由于不同干細(xì)胞類型的環(huán)境各異，獲得合適的環(huán)境一直以來(lái)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

    研究人員開(kāi)發(fā)了一種高通量平臺(tái)，其利用機(jī)器人和自動(dòng)控制裝置可一次對(duì)多種化合物或藥物進(jìn)行測(cè)試，在可控環(huán)境中篩查hPSCs.有了這一平臺(tái)，他們能夠控制干細(xì)胞克隆的大小、細(xì)胞密度和其他的參數(shù)，從而能夠更好地研究隨著干細(xì)胞分化或轉(zhuǎn)化為其他細(xì)胞類型它們的特性。這項(xiàng)干細(xì)胞研究是在優(yōu)化微環(huán)境中完成，研究人員篩查并觀察了當(dāng)導(dǎo)入不同的化學(xué)變化時(shí)這些細(xì)胞的行為。

    利用這一平臺(tái)，研究人員進(jìn)行了單細(xì)胞蛋白質(zhì)表達(dá)譜分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可利用干細(xì)胞內(nèi)的兩種特異蛋白質(zhì)Oct4和Sox2,來(lái)追蹤干細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化的四種主要早期細(xì)胞命運(yùn)：多能性，神經(jīng)外胚層、胚線和胚外細(xì)胞命運(yùn)，允許一次完成四種篩查。研究人員應(yīng)用這一Oct4-Sox2代碼分析了27種發(fā)育因子的劑量反應(yīng)獲得了譜系特異性的最佳濃度，并量化了細(xì)胞系特異性的內(nèi)源信號(hào)通路激活和分化偏好。

    這項(xiàng)研究工作還提供了一種方法來(lái)研究細(xì)胞系之間的差異，用來(lái)預(yù)測(cè)像異常染色體這樣的特定遺傳信息。更重要的是，相比于現(xiàn)有的其他技術(shù)，這些預(yù)測(cè)可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成，并且比其他的測(cè)試和篩查方法成本大為降低。

    “我們預(yù)計(jì)這一技術(shù)將為開(kāi)發(fā)出新策略，鑒別許多不同的干細(xì)胞類型的細(xì)胞命運(yùn)控制分子或藥物奠定基礎(chǔ)，”Zandstra說(shuō)。

    Nazareth說(shuō)：“作為一種藥物篩選技術(shù)，它相比于原有技術(shù)進(jìn)行了顯著的改善。在某些情況下，這一新技術(shù)可將測(cè)試時(shí)間從多達(dá)1個(gè)月縮短至僅僅2天。”