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鄧宏魁研究組與合作者建立體外大規模制備人功能成熟細胞的新方法

201973日,北京大學生命科學學院鄧宏魁研究組和合作者在《Cell Research上發表了題為《兩步法策略將成纖維細胞重編程為功能成熟的人肝臟細胞》 A two-step lineage reprogramming strategy to generate functionally competent human hepatocytes from fibroblasts)的研究論文。本項工作通過模擬體內再生過程,提出了譜系重編程的新策略,建立了在體外大規模制備人功能成熟細胞的新方法。

 

如何在體外制備大量功能性的細胞一直是干細胞及再生醫學領域的關鍵科學問題。通過在體細胞中過表達目標細胞的關鍵轉錄因子,譜系重編程技術可以實現不同類型細胞間的命運轉變。然而,目前的譜系重編程策略仍然存在兩個明顯缺陷:譜系重編程誘導的細胞大多功能不成熟;而且譜系重編程無法大量制備目的細胞。

 

為了解決這些問題,北京大學鄧宏魁及時艷研究組、解放軍總醫院盧實春研究組合作建立了一種全新的兩步法譜系重編程策略。該兩步法重編程策略巧妙地借鑒了低等動物的再生過程:受損組織的體細胞首先去分化產生前體細胞,然后通過擴增前體細胞和誘導大量功能細胞形成,最終實現受損組織的再生。鄧宏魁研究組通過過表達5個肝譜系特異轉錄因子的組合,首先在體外將人成纖維細胞誘導成肝前體樣細胞,再通過化學小分子將肝前體樣細胞誘導成功能成熟的功能性肝細胞。通過兩步法重編程策略獲得的誘導肝細胞在功能和轉錄譜上與人原代肝細胞相當,兩步法重編程的巨大優勢在于實現了功能細胞的大規模制備。第一步誘導的肝前體樣細胞具有極強的增殖能力,可以在體外穩定地擴增1027倍以上,并在擴增后依然保持向功能性誘導肝細胞分化的潛能,能夠滿足藥物研發、抗病毒藥物篩選等應用方面對功能性肝細胞的巨大需求。

 

          

兩步法譜系重編程策略

 

通過新方法制備的誘導肝細胞在藥物研發方面具有極大的應用價值。藥物代謝和肝毒性測試是藥物研發中必不可少的環節,鄧宏魁研究組證明誘導肝細胞具備了完整的藥物代謝網絡,可以代謝90%以上的上市藥物,并可以準確地預測和評估藥物的肝毒性,其功能性超越了傳統重編程策略或干細胞分化策略所獲得的肝細胞。

 

鄧宏魁研究組還進一步利用誘導肝細胞構建了乙肝病毒的體外高效感染模型。全球有近3億乙肝病毒攜帶者,我國約有1.2億人攜帶乙肝病毒,目前仍然沒有有效的治愈方法,主要原因是缺乏支持乙肝病毒感染的體外功能性肝細胞模型。近期,鄧宏魁研究組在Science雜志上報道了通過化學小分子調控的手段實現了體外人原代肝細胞的長期功能維持,并基于這一技術在體外首次建立了乙肝病毒長期感染人肝細胞的模型。本研究中大量制備的誘導肝細胞可以在相同小分子條件下支持完整的病毒復制周期,對于乙肝病毒的深入研究與藥物研發具有重要意義。

 

鄧宏魁研究組長期致力于體外制備功能成熟細胞的研究和應用,是國際上最早開展多能干細胞定向分化誘導功能細胞的研究組之一。在肝細胞制備方面,研究組在2007年就首次建立了多能干細胞定向分化為肝細胞的方法,在2014年建立了譜系重編程制備人肝細胞的方法。本研究建立的兩步法重編程策略不僅極大地提升了體外制備細胞的功能,還為解決功能細胞體外大量制備的難題提供新的解決方法。這一新策略有望應用于體外大量制備其他類型的功能成熟細胞。

 

北京大學鄧宏魁教授,北京大學醫學部時艷副教授及解放軍總醫院盧實春教授為該論文的共同通訊作者,謝冰清博士、孫達博士以及杜媛媛博士為該論文的共同第一作者。本工作獲得了北大-清華生命科學聯合中心、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等基金的大力支持。

[原文鏈接] https://www.nature.com/articles/s41422-019-0196-x

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