干細胞
關注創(chuàng)建者：fenghuang 創(chuàng)建時間：2021-01-21
干細胞的實例教程
干細胞是身體中所有細胞的初始狀態(tài)，它們是所有身體器官和組織的基礎。
新加坡國立大學(NUS)力學生物學研究所(MBI)和意大利FIRC分子腫瘤學研究所(IFOM)的G.V. Shivashankar教授發(fā)現(xiàn)，成熟的細胞可以通過重編程手段恢復為可重新配置的干細胞狀態(tài)，而且不需要直接的基因修飾，具體方法是將細胞限制在特定的幾何空間中一段時間。該研究近日已發(fā)表在《PNAS》上。
Shivashankar教授說：“這項突破性的研究成果將為組織工程學和再生醫(yī)學開辟新一代的干細胞技術，這項技術將能克服基因修飾帶來的負面影響。”
回調(diào)細胞時鐘
自從科學家們首次證明成熟細胞可以在實驗室中重新編程成為能在體內(nèi)發(fā)育成任何細胞類型的多能干細胞以來，已有十多年了。在早期研究中，研究人員通過引入重置細胞基因組程序的外部因素來遺傳修飾成熟細胞，使其回到一種未分化的、非特定的狀態(tài)。這些誘導多能干細胞（iPSC）可以被編程成為不同的細胞類型，用于組織修復、藥物發(fā)現(xiàn)，甚至是培養(yǎng)用于移植的新器官。重要的是，這些細胞并不需要從胚胎身上獲取。
然而，一個重要的問題在于，任何從誘導多能干細胞發(fā)育而來的特化細胞在植入體內(nèi)之后都有形成腫瘤的趨勢。為理解這種情況發(fā)生的原因，研究人員將注意力轉(zhuǎn)向理解干細胞的分化和生長在身體中是如何被調(diào)節(jié)的，特別是，成熟細胞如何自發(fā)地還原成未成熟的類干細胞狀態(tài)，以及在發(fā)育和組織維護狀態(tài)中如何轉(zhuǎn)換為其他細胞類型。
Shivashankar教授的研究團隊發(fā)現(xiàn)，成熟細胞可以在體外被重編程為多能干細胞，而且不需要基因修飾，只需要簡單地將成熟細胞限制在一個特定的空間內(nèi)生長。
重置成熟細胞
當成纖維細胞（結(jié)締組織中的一種成熟細胞，比如肌腱和韌帶）被限制在一個矩形區(qū)域內(nèi)時，它們會快速地呈現(xiàn)出與基質(zhì)（細胞附著的表面或介質(zhì)）相同的形狀。
展開 人類胚胎干細胞也能3D打印了
日前，來自蘇格蘭的研究人員利用一種全新的3D打印技術，首次用人類胚胎干細胞進行了3D打印，研究的相關論文已于今日發(fā)表在《生物制造》（Biofabrication）上。人類胚胎干細胞在再生醫(yī)學領域受到了非常多的關注，這些由早期胚胎發(fā)展而來的干細胞擁有著分化成人體各種細胞的能力，如何無損并可控地讓胚胎干細胞形成人們所需的三維結(jié)構(gòu)，一直是業(yè)界難題。而這項突破解決了這一問題，讓人們能夠利用人類胚胎干細胞準確構(gòu)建三維組織和結(jié)構(gòu)，從而大大加速和改善藥物檢測工藝的發(fā)展。
近年來，人們在生物制造領域已經(jīng)取得了許多重要進展，利用人造的固體細胞和結(jié)構(gòu)制造出了大量三維組織和器官，但是，在大多數(shù)相關實驗中，人們利用的仍是動物細胞。
該項研究的主要人員，蘇格蘭赫瑞瓦特大學的Will Wenmiao Shu博士說：“就我們所知，這是歷史上首次用人類胚胎干細胞進行‘打印’，由胚胎干細胞制造出的三維結(jié)構(gòu)可以讓我們創(chuàng)造出更準確的人體組織模型，這對于試管藥物研發(fā)和毒性檢測都有著重要意義。因為我們制造的大多數(shù)藥物都是作用于人的，所以用人體組織去進行測試也是理所應當?shù)摹！?從更長遠的角度看，這種新的打印技術同樣可以為人類胚胎干細胞制作人造器官鋪平道路，這將為千千萬萬的患者帶去福音。
考慮到人類胚胎干細胞的敏感性，在本次研究中，赫瑞瓦特大學的研究者們與干細胞科技公司Roslin Cellab合作，使用了一種專門定制的“氣動打印技術”。在實驗過程中，胚胎干細胞和培養(yǎng)液將會被先存放在打印機中的兩個獨立容器里，然后規(guī)則地擺放在培養(yǎng)皿上，形成一個個球狀細胞團。根據(jù)需要，每個細胞團可由5到140個分離的細胞組成，其直徑在0.25到0.60毫米之間。
本項研究使用的3D打印機。
展開 3D科學谷了解到該動物實驗的另一個具有積極意義的結(jié)果是，經(jīng)處理的大鼠的循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)穿透植入物內(nèi)部以形成功能性的血管網(wǎng)絡，這有助于神經(jīng)干細胞存活，人工組織需要血管系統(tǒng)才能獲得足夠的營養(yǎng)并排出廢物。
以上研究涉及到工程和脊髓神經(jīng)再生這兩項交叉學科。工程團隊一直致力于開發(fā)下一代用于制造細微仿生結(jié)構(gòu)的3D打印技術，該團隊過去曾使用這項技術來制造肝臟組織和錯綜復雜的血管網(wǎng)絡，他們正在進行的項目之一為制造人工心臟組織。負責脊髓再生的研究團隊，已從事嚴重脊髓損傷修復研究超過10年，就在今年該團隊培養(yǎng)除了一系列新的脊髓神經(jīng)干細胞。
研究團隊下一步的科研目標是將這種填充脊髓干細胞的3D打印植入物用于更大的動物實驗，為將來的人體試驗做準備。接下來的研究中，研究團隊還將在脊髓支架內(nèi)摻入蛋白質(zhì)，進一步刺激干細胞存活和軸突生長。
與這項研究相關的論文發(fā)表于2019年1月14日的Nature Medicine雜志，作者包括Shaochen Chen，Mark Tuszynski等。
展開 △3D打印心臟示意圖
近年來，生物治療日益受到國內(nèi)外學者關注，尤其是干細胞技術在生物治療領域有很大的突破。干細胞不管是在免疫治療方面，還是臨床治療方面都帶來了可喜的成績，而3D技術的成熟，拉開了干細胞二維向三維升級的帷幕，有望帶動生物創(chuàng)新大革命，帶給人類醫(yī)療技術的全新升級。那么，3D技術會為未來生物治療發(fā)展帶來怎樣的影響呢？就這些問題，希瑞生命集團高級顧問，虛擬現(xiàn)實3D技術資深專家任昊博士接受了采訪。
3D技術推動干細胞技術升級
比如如何誘導干細胞像醫(yī)生們期望的那樣生長成不同的組織，如何讓這些打印出的器官和人體原有器官無縫銜接，不排斥，功能良好；如何解決打印器官的“保質(zhì)”問題……總之，這已不僅僅是3D打印方面的專家能獨立操作解決的問題，需要和醫(yī)學專家、生物學專家、計算機專家，甚至設計和數(shù)學方面的專家一起合作才有可能實現(xiàn)突破性進展。
但是，一旦此項技術落成，將給生物學界帶來難以想象的影響。器官打印一旦成熟，或許會徹底改變?nèi)祟惿?。比如人體器官衰竭無須配型找供體，而是直接應用3D干細胞技術打印人體肝臟植入患者體內(nèi)。
任博解釋說，3D打印器官具體可以用可降解材料先打印出肝臟支架，在支架上附著干細胞，干細胞沿著器官模型迅速生長，有的生長成肌肉，有的生長成表面的組織，最后還要實現(xiàn)血管和神經(jīng)等系統(tǒng)的再造，最后支架降解，打印出來的肝臟就能發(fā)揮肝臟應有的作用。
不僅如此， 3D打印組織模型有助于醫(yī)生“精準手術”。運用3D技術以1:1的比例打印患者病變器官模型，能讓醫(yī)生在術前熟悉患者器官的具體情況。
△3D打印器官模型，希瑞干細胞集團供圖
以往對手術技術細節(jié)，醫(yī)生只能夠根據(jù)經(jīng)驗判斷，而現(xiàn)在醫(yī)生們有了新的選擇，能用生物3D打印技術制作器官模型，在模型上先進行了一次“模擬手術”。
展開 圖4 不同水凝膠支架的理化性能測試
其次，研究人員開發(fā)了具有貫通孔(TH)和錯位孔(SH)的兩種支架，實驗結(jié)果表明改變支架內(nèi)部纖維絲的空間排列，可成功打印出錯位孔支架和貫通孔支架，這兩種支架在孔隙率和力學性能上沒有顯著性差異，但錯位孔可提高細胞接種效率（圖5）。
圖5 水凝膠支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電鏡掃描圖
接著，研究人員對比了細胞懸液(CS)和細胞聚集體(CA)兩種細胞接種方法，發(fā)現(xiàn)細胞聚集體接種可以使細胞有效地滲透到支架中，獲得細胞在整個結(jié)構(gòu)中的空間分布，從而形成高質(zhì)量的基質(zhì)組織（圖6），并通過體外成軟骨誘導實驗證明，在相同誘導條件下，以細胞聚集體接種的方式，有利于維持圓形形態(tài)干細胞的聚集，促進干細胞表達并分泌較多的 II 型膠原，有利于干細胞向透明軟骨分化；而以細胞懸液接種的方式，干細胞表達并分泌更多的 I 型膠原，干細胞傾向于向纖維軟骨分化（圖7、圖8）。
圖6 細胞活/死染色
圖7 體外培養(yǎng)的CA/SH和CS/SH軟骨形成
圖8 3D打印水凝膠支架上CS和CA的軟骨分化
最后，研究人員通過兔關節(jié)軟骨缺損模型評估了負載干細胞聚集體的錯位孔支架對軟骨缺損修復的作用，對比了12周和16周的修復情況（圖9）以及多種組織學染色結(jié)果（圖10），表明了采用細胞聚集體接種的錯位孔支架可有效實現(xiàn)關節(jié)軟骨的再生修復。
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干細胞的相關專題、標簽、搜索
干細胞的最新內(nèi)容
干細胞研究、疫苗研發(fā)等領域?qū)Νh(huán)境的要求更苛刻。干細胞研究、疫苗研發(fā)等領域?qū)Νh(huán)境的要求更苛刻，干細胞定向分化（如分化為神經(jīng)細胞）需CO?濃度在 5%-7% 間精準切換，且溫度波動不超過 ±0.1℃。
從上述介紹可以得知，CO2的測試在整個培養(yǎng)箱實驗研究過程中，都是不可獲缺的一環(huán)。
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12.2醫(yī)美及配套產(chǎn)品、（進口）儀器、醫(yī)療健康展區(qū)（輔助生殖、基因檢測、干細胞
人們已發(fā)現(xiàn)氧氣濃度是影響干細胞生長和發(fā)育等的關鍵環(huán)境因素。例如干細胞研究，逐漸明白控制氧氣、CO?和溫度的價值所在。細胞以某種方式測量它們的氧氣水平，然后可以相應地調(diào)整它們的需求。為了維持正常的細胞功能，氧含量必須保持在一個相對較窄的生理范圍內(nèi)，該范圍單獨適應每個組織，即所謂的生理范圍。
如今大多數(shù)培養(yǎng)箱可選配氧氣控制。
NPCM的結(jié)構(gòu)仿生學包括模仿干細胞、蜘蛛絲、或竹子的納米結(jié)構(gòu)，并基于納米約束效應實現(xiàn)pcm的包封。然后，許多仿生納米約束結(jié)構(gòu)，包括核殼，縱向，和多孔結(jié)構(gòu)，被廣泛提出。同時，附著力、范德華相互作用和毛細作用在這一過程中也起著重要作用。然而，NPCM的功能仿生學側(cè)重于通過功能組件的整合實現(xiàn)仿生功能化。通過功能結(jié)構(gòu)的宏觀構(gòu)成，實現(xiàn)多功能集成。結(jié)構(gòu)仿生學和功能仿生學的結(jié)合是開發(fā)下一代NPCM的有效途徑。
NPCM的結(jié)構(gòu)仿生學包括模仿干細胞、蜘蛛絲、或竹子的納米結(jié)構(gòu)，并基于納米約束效應實現(xiàn)pcm的包封。然后，許多仿生納米約束結(jié)構(gòu)，包括核殼，縱向，和多孔結(jié)構(gòu)，被廣泛提出。同時，附著力、范德華相互作用和毛細作用在這一過程中也起著重要作用。然而，NPCM的功能仿生學側(cè)重于通過功能組件的整合實現(xiàn)仿生功能化。通過功能結(jié)構(gòu)的宏觀構(gòu)成，實現(xiàn)多功能集成。結(jié)構(gòu)仿生學和功能仿生學的結(jié)合是開發(fā)下一代NPCM的有效途徑。
在科研領域，眾多學者利用體外細胞培養(yǎng)模型,研究不同氧環(huán)境對細胞存活、增殖及分化的影響,包括多種干細胞的增殖和分化、癌細胞的侵襲和擴增,以及滋養(yǎng)層細胞的發(fā)生等。在以上細胞培養(yǎng)模型中,培養(yǎng)基是細胞直接暴露和接觸的外環(huán)境,培養(yǎng)基中的氧濃度是細胞實際接觸到的氧環(huán)境。但是,在不同氧濃度培養(yǎng)條件下,細胞培養(yǎng)基中的實際氧濃度及其變化情況尚沒受到研究者的關注。
再生醫(yī)學方面，BOE（京東方）“人臍帶間充質(zhì)干細胞膜片”技術獲得新藥臨床試驗默示許可，成為首個獲批進入臨床用于治療低射血分數(shù)冠心病的干細胞膜片生物制品。
BOE（京東方）在實現(xiàn)穩(wěn)健經(jīng)營的同時，同樣重視可持續(xù)發(fā)展，始終將可持續(xù)發(fā)展作為核心理念。2022年，BOE（京東方）旗下已量產(chǎn)的14條半導體顯示生產(chǎn)線和1座智能制造工廠（共15家）全部被評為“國家級綠色工廠”。
模塊化夾持裝置可以通過更換模塊化部件在單個平臺上托管干細胞發(fā)育程序，以在空間和時間上受控的方式提供所需的多種培養(yǎng)條件。這種策略可以防止細胞丟失并為復雜的細胞模型提供更合適的環(huán)境。
文章來源：
https://doi.org/10.1038/s41578-022-00523-z
他們觀察到在所有三種類型的組織中，間充質(zhì)干細胞（MSC）似乎控制了他們觀察到的許多飲食和運動誘導的影響。間充質(zhì)干細胞是一種可以分化為其他類型細胞的干細胞，包括脂肪細胞和成纖維細胞。研究團隊發(fā)現(xiàn)，在脂肪組織中，高脂肪飲食調(diào)節(jié)了間充質(zhì)干細胞分化為脂肪儲存細胞，而運動則逆轉(zhuǎn)了這種作用。
除了促進脂肪儲存，研究人員發(fā)現(xiàn)高脂肪飲食還刺激間充質(zhì)干細胞分泌重塑細胞外基質(zhì)的因子。
