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无需生殖细胞也能创造生命!清华大学成功诱导全能干细胞,回到生命起点

发表时间:2022-07-13 18:05

你或许记得当年轰动一时的克隆羊多莉,寻找除自然胚胎孕育之外的途径来复原生命,一直是无数科学家的梦想。


而就在近日,清华大学药学院丁胜教授及其团队发现运用TAW鸡尾酒药物组合,能将多能干细胞诱导为具有转变成完整有机体潜能的全能干细胞,首次以非自然的方式创造了生命起点!

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科技发展至今,虽说“实现永生”还略显空中楼阁,但“重返青春”的门槛已经被科学家触摸。


21世纪初,日本京都大学的山中伸弥教授发现了细胞的“逆龄”魔法,他所研发的iPSC技术可以将成熟细胞重编程为接近初生状态的多能干细胞,让其再次拥有分化为组织、甚至整个器官的潜能,这一突破性的研究让科学家们看到了“返老还童”的希望。


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△因研发iPSC技术,山中伸弥获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖


试想一下,当人类的组织与器官能像换汽车零件一样被修理更新,是否也从另一种意义上阻止了衰老的到来?


不过比起可以分化为完整人体的全能干细胞,多能干细胞的分化潜能还是稍逊一筹,“如何让细胞重新拥有全能分化性”成了科学界又一座亟待征服的高峰,无数科学家为之奋斗。


而就在近日,来自清华大学药学院的丁胜团队发现了一种“神奇药水”,能将多能干细胞转变为真正意义上的全能干细胞,不但可以分化成胚内和胚外谱系,还具备发育成胎儿和卵黄囊、胎盘的潜力。据悉,这是人类首次以非自然方式创造生命的起点。


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△文章已被《Nature》线上刊载


这甚至比孙悟空的毫毛还要神奇,清华大学官方微信指出:“在未来,动物身上的血液、皮肤等任何一处体细胞,或许都能通过此种技术转变为能够独立形成生命的全能干细胞。”


目前,此项研究已被国际顶级期刊《Nature》于6月21日线上登出[1],并引发广泛关注。


01

清华“神奇药水”

首次成功诱导全能干细胞


在惯有常识里,生命是一条无法回头的单行道,由一颗全能干细胞(受精卵或二细胞胚胎)开始,逐渐分裂形成大脑、心脏等器官,并最终构成一个完整的有机体。而随着岁月流失,所有细胞、组织或器官都会经历老化消亡,人体也最终走向死亡。


但科技总有颠覆常识的可能,凭借多年对细胞命运的理解以及通过化学调控干细胞的研究,丁胜团队在对数千个小分子进行逐一筛选后,最终确定由TTNPB、WS6、1-Azakenpaullone三种小分子构成的—TAW鸡尾酒药物组合,能将小鼠多能干细胞诱导成全能干细胞(被命名为ciTotiSC) 。


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△耗时6年,丁胜团队最终确定了TAW鸡尾酒药物组合



丁胜教授表示:事实上,TAW鸡尾酒药物组合中的每一个分子都可以调节特定细胞命运,但本实验的创新之处就在于发现了他们在诱导全能干细胞中的联合作用


接下来,为了确认 ciTotiSC 是否为全能干细胞,研究团队对其进行了严格的评估,测试包括转录组、表观基因组和代谢组水平等。令人颇为惊喜的是:研究者在这些细胞中发现了数百个只会在全能干细胞中出现的关键基因,细胞状态类似于小鼠的全能2细胞胚胎期细胞


研究团队还分别在体内外测试了ciTotiSC的分化潜能。研究发现,这些细胞不仅在培养皿中表现出全能干细胞的特点,还在小鼠早期胚胎中分化出胚内和胚外谱系,它们还有发育成胎儿、周围卵黄囊、和胎盘的能力—这些都是全能干细胞的典型特征。


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ciTotiSCs在小鼠体内表现出分化为胚胎和胚外组织的特征


种种迹象表明,经TAW鸡尾酒药物组合联合作用诱导而成的ciTotiSC是全能干细胞,换而言之,人类实现了以更成熟的细胞,而非生殖细胞来创造或复原生命。


此外,在当前难点“如何在体外维持全能干细胞的自我更新及稳定传代”上,ciTotiSC的表现同样“优秀”,实验者发现这种全能干细胞在实验室环境也能保持全能性,可以在体外建立一个稳定的培养体系。


丁胜表示:“这一体系非常重要,它使许多关于生命起源的科学研究成为可能,科学家们可以使用该体系来操纵全能干细胞,以更好地了解生命开始时高度协调的过程。 从这个意义上来说,这篇论文迈出了探索生命起源的重要一步,为后续研究开辟了巨大的机遇。”


02

打破寿命上限

干细胞让梦想更进一步


2022年的上半年于干细胞领域而言,是精彩的。


除却丁胜团队成功诱导了全能干细胞外,4月时,北京大学生命科学学院的邓宏魁教授团队还突破了第一代干细胞制备技术的瓶颈,他们发现:只要在人体皮肤细胞培养液中,滴上几种化学小分子制剂,通过纯化学诱导的方式就能将成人皮肤细胞转化为多能干细胞。


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据预测:这种新技术未来或可应用于治疗糖尿病、重症肝病、恶性肿瘤等重大疾病在后续实验中,邓宏魁教授团队也已经利用这种多能干细胞培养出了胰岛细胞—在植入糖尿病猴模型后可以有效控制血糖。


干细胞技术不但得到了前沿学者们的重视,也让富豪们纷纷侧目。


前段时间,贝索斯等亿万富翁们豪掷30亿,正式向衰老宣战,他们押宝的抗衰公司名为Altos Labs,其所依赖的核心技术之一就在于能使成熟细胞“返老还童”的生物重编程技术,期望通过恢复细胞健康,来逆转衰老,延长人类性命。


而“贝索斯”们的投资也在4月迎来一波小高潮,刚刚出任Altos Labs剑桥实验室负责人的Wolf Reik 教授于《elife》上发文证实:iPSC重编程过程中存在一个平衡点,能在不丧失细胞原本身份特征的情况下,让皮肤细胞的表观遗传年龄和转录组年轻30岁,整个过程仅需13天。这项研究一经发出,便被科学界认为是抵抗皮肤衰老、退行性疾病的新希望。


而随着越来越多的学者、生物公司涌入干细胞的研究队列,我们可以想象这样一个未来:无论身体哪处出现问题,人类都可以依靠自身细胞来进行修复、替换,即使是面对避无可避的衰老,人类也有一战之力,而普罗大众也将因科技的发展而收获更加完满的人生。


Write in the last

写在最后

从克隆技术到再生医学,再到运用药物组合实现生命复原,科学的发展一次次刷新着大众认知,也为人类的发展拓宽了边界。


而随着科学家们不断探索,当这些研究最终能在人体上复现时,等待着我们的将不只是疾病治愈、重返青春,曾经的空中楼阁—“永生“也终将落地成真。


部分图片来自网络,侵删


参考资料:

[1]Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04967-9

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