研究人员开发出超级干细胞以提高生育能力

研究人员开发出比普通干细胞表现更好的“超级干细胞”，这些干细胞能够分化成许多不同类型的细胞。哥本哈根大学的研究人员发现，这种超级干细胞具有许多潜在的应用，包括改进体外受精（IVF）治疗。

“也许我们可以利用这个方法来再生衰老的细胞，并治疗帕金森病、骨质疏松症或糖尿病等疾病。”新研究的作者表示。插图：William Brøns Petersen

想象一下，如果减少热量摄入可以让你变得更年轻？这几乎就是干细胞的情况。

在一项新的研究中，哥本哈根大学的研究人员通过改变干细胞的饮食，成功地创造了干细胞，这些干细胞比正常干细胞更能有效地分化成其他类型的细胞，就像一个更年轻、更健康的版本。这些干细胞在生成肝细胞、皮肤细胞或神经细胞等特化细胞方面表现得更好，这是干细胞的核心特征之一。

干细胞是人体内的基本和独特细胞，它们能够自我复制并演化成其他特化细胞类型，如肝细胞、皮肤细胞或神经细胞，这一过程称为分化。胚胎干细胞（ESCs）是从胚胎中生长出来的，并在培养皿中维持。这些细胞可以在培养皿中发育成特化细胞类型。

未来，研究人员相信干细胞可以用于开发新的治疗方法，以替代或修复受损的组织和器官，或恢复因疾病或损伤而丧失的功能。这被称为再生医学。

“我们展示了通过改变它们的饮食，干细胞可以焕然一新，变成‘超级干细胞’。这迫使它们以不同于通常的方式代谢能量，这一过程本质上重新编程了干细胞。最终结果是，它们的行为更像是早期发育阶段的细胞，从而增强了它们分化成其他类型细胞的能力。”第一作者、诺和诺德基金会干细胞医学中心（reNEW）助理教授Robert Bone说。

具体来说，研究人员改变了干细胞在培养基中可用的糖类型。细胞使用糖来生成能量。

“真正令人惊讶的是，它们不仅在分化方面表现得更好，而且随着时间的推移，它们保持健康和活力的能力也比在标准培养条件下的干细胞要好得多。而且这种方法相对简单。”通讯作者、reNEW教授Joshua Brickman说。

可能改善生育治疗

“超级干细胞”有许多潜在的未来用途，Joshua Brickman指出：

“鉴于我们现在有一种简单的方法来使细胞焕发青春，我们想研究这种方法如何应用于各种细胞类型。例如，我们能否用这种饮食来振兴肝细胞或心肌细胞，并用它们来治疗充血性心力衰竭或肝硬化患者？也许我们可以利用这个方法来再生衰老的细胞，并治疗帕金森病、骨质疏松症或糖尿病等疾病。”

研究人员感兴趣的一个领域是生育治疗，特别是体外受精（IVF）。事实证明，“超级干细胞”在生成早期胚胎发育过程中形成的一种特定类型的组织方面表现得更好，这对成功的IVF治疗非常重要。

“‘超级干细胞’似乎更擅长产生一种称为卵黄囊的细胞谱系。先前的研究发现，在培养皿中培养的胚胎中卵黄囊的形成对其植入和成功妊娠的能力非常重要。”Robert Bone说。

“我们希望改进IVF技术，通过开发一种使用相同代谢过程的IVF培养基。希望它可以在临床上作为胚胎培养方案的一部分，以提高植入成功率。”Joshua Brickman补充道。

方法

在这项研究中，研究人员为小鼠胚胎干细胞（ESCs）创造了一种新的培养基。简单地说，他们将培养基中的葡萄糖替换为另一种糖——半乳糖。这种“饮食”的改变阻断了正常的葡萄糖代谢，并将细胞的能量来源限制为氧化磷酸化代谢过程。

通过改变营养来源，ESCs被重新编程到更早的发育阶段，从而增强了它们分化成其他类型细胞的能力。

研究人员发现，一种已知调节细胞衰老的特定信号蛋白通过改变糖代谢而被激活。这反过来又使其他关键蛋白质更好地结合到DNA上。

新的代谢过程的净结果是，DNA在含有冗余遗传信息的区域更加紧密地“打包”，而在含有重要、相关指令的区域则不那么紧密。这既降低了无关信息的音量，又放大了直接相关的指令。

这种改进的“信噪比”使干细胞更好地理解它们应该做什么，并表现得像来自更早发育阶段的细胞，从而更好地发挥干细胞的作用。

研究人员还发现，“信噪比”的恶化也是某些衰老特征的原因之一：这几乎就像带你的祖父母去一个拥挤的餐厅，他们听不清有两个原因：你说话不够大声，他们也无法过滤掉背景噪音。衰老的干细胞可能也有同样的问题，无法清晰地“听到”自己的基因组。

来源：reNEW教授Joshua Brickman

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