在一项合作研究中，九州大学和哈佛医学院的研究人员发现了一些蛋白质，可以将成纤维细胞(皮肤和结缔组织中最常见的细胞)转变或“重新编程”成与肢体祖细胞具有相似特性的细胞。研究人员的研究结果发表在《发育细胞》杂志上，增强了我们对肢体发育的理解，并为未来的再生治疗奠定了基础。
全球有近 6000 万人患有肢体丧失。截肢可能是由各种医疗状况引起的，例如肿瘤、感染和出生缺陷，或由于工业事故、交通事故和地震等自然灾害造成的创伤。肢体受伤的人通常依赖合成材料和金属假肢，但许多研究人员正在研究肢体发育过程，目的是使再生疗法或自然组织替代作为一种潜在的治疗方法更进一步。
“在胚胎的肢体发育过程中，肢芽中的肢体祖细胞产生了大多数不同的肢体组织，例如骨骼、肌肉、软骨和肌腱。因此，建立一种简单易行的方法来制造这些细胞非常重要，”首席研究员Yuji Atsuta 博士解释道，他在哈佛医学院开始处理这个项目，并在九州大学科学研究生院担任讲师继续该项目。
目前，获取肢体祖细胞的常见方法是直接从胚胎中获取，这在人类胚胎的情况下引起了伦理问题。或者，它们可以使用诱导多能干细胞制成，这种成体细胞被重新编程为胚胎样状态，随后可以被诱导成特定的组织类型。Atsuta及其同事开发的新方法直接将成纤维细胞重编程为肢体祖细胞并绕过诱导多能干细胞，简化了过程并降低了成本。它还减轻了细胞癌变的担忧，这种情况通常发生在诱导多能干细胞中。
在研究的初始阶段，研究人员研究了小鼠和鸡胚胎的早期肢芽中表达的基因。身体中的几乎所有细胞，包括成纤维细胞和肢体祖细胞，都含有相同的基因组 DNA，但由于基因表达的变化(换句话说，哪些基因活跃，哪些基因活跃，哪些基因活跃)，每种细胞类型在发育过程中出现不同的特性和功能。蛋白质是由细胞产生的)。细胞中控制基因表达的一种方式是通过称为转录因子的特定蛋白质。
研究小组确定了 18 个基因，其中大部分是转录因子，与其他组织相比，它们在早期肢芽中表达更高。他们培养了小鼠胚胎的成纤维细胞，并利用病毒载体将这18种基因导入成纤维细胞中，使细胞产生这18种蛋白质因子。他们发现，修饰后的成纤维细胞具有与肢芽中天然存在的肢体祖细胞相似的特性并表现出相似的基因表达。
接下来，通过一系列实验，研究人员缩小了选择范围，确定只有三种蛋白质因子对于将小鼠成纤维细胞重编程为肢体祖细胞样细胞至关重要：Prdm16、Zbtb16 和 Lin28a 。第四种蛋白质 Lin41 帮助培养的肢体祖细胞更快地生长和繁殖。
研究人员不仅证实了重编程的肢体祖细胞与天然肢体祖细胞具有相似的基因表达，而且也具有相似的能力。“这些重新编程的细胞不仅是分子模拟物;我们已经证实它们在实验室培养皿(体外)和生物体(体内)中发育成特殊肢体组织的潜力，”Atsuta 说。“体内测试特别具有挑战性，因为我们必须将重新编程的小鼠细胞移植到鸡胚胎的肢芽中。”
在这些实验中，研究人员使用了慢病毒，将基因直接插入受感染细胞的基因组中，从而增加了细胞罹患癌症的风险。相反，该团队正在考虑其他更安全的载体，例如腺相关病毒或质粒，它们将基因传递到细胞而不将基因插入基因组中。
热田的实验室小组现在正尝试将这种方法应用于人类细胞，以用于未来的治疗应用，同时也应用于蛇，蛇的祖先在进化过程中失去了四肢。“有趣的是，重新编程的肢体祖细胞产生了肢体芽状类器官，因此似乎有可能在不再拥有肢体组织的物种中产生肢体组织。对无肢蛇的研究可以揭示发育生物学的新途径和知识。”
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