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发展人类角膜组织

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角膜疾病通常需要使用来自捐赠者的角膜组织进行移植。现在,大阪大学的研究人员开发了一种新方法,可以在实验室中更容易地生成角膜组织。在一项发表在《干细胞报告》上的新研究中,他们展示了从人类诱导多能干细胞(hiPSCs)中提取的眼球细胞在特定蛋白质上的培养如何帮助纯化角膜上皮细胞(iCECs),然后他们用这些细胞制造可用于角膜治疗的iCEC薄片。

hiPSCs有潜力产生任何数量的身体细胞。然而,使用hiPSCs的组织发育仍然模仿胚胎发育,这意味着当hiPSCs被引导发展成由不同细胞类型组成的组织时,结果是这些细胞的混合。不幸的是,这意味着器官的特定部分,比如眼睛的角膜,天生就很难从hiPSCs中制造出来,因为眼睛是由角膜、神经元、视网膜和其他几个细胞组成的。直到今天,尽管hiPSCs在再生医学方面取得了进展,但从hiPSCs中生产和纯化角膜的可靠方法仍然缺乏。

“角膜是眼睛非常重要的一部分,它能帮助我们看清东西。不幸的是,角膜的损伤,如外伤或炎症,是很难治疗的,”该研究的通讯作者Ryuhei Hayashi说。“我们研究的目的是开发一种新方法,在不使用昂贵的设备(如细胞分选机)的情况下,生成用于治疗目的的角膜片。”

发展人类角膜组织

为了实现他们的目标,研究人员从hiPSCs中产生了眼细胞,并将它们培养在五种不同类型的层粘连蛋白上,这种蛋白在人体内自然存在,包括眼睛。他们发现,iCECs有很强的倾向去附着五种中的三种,而非cecs更倾向于结合一种特殊的层粘连蛋白,称为LN211。研究人员随后发现,不同的眼细胞之间的差异源于整合素的产生差异,整合素是细胞表面的一个蛋白质家族,它将细胞与细胞外的蛋白质(如薄层蛋白)连接起来。其中一种被称为LN332的层粘连蛋白,除了促进了iCECs的特异性结合外,还促进了其增殖,使iCECs在与非cecs的竞争中胜出,从而提高了它们的纯度。

“虽然LN332似乎是iCEC生长的最佳基质,但它不足以达到生产角膜治疗所需的高纯度细胞片,”该研究的主要作者Shun Shibata说。

因此,研究人员转向了磁激活细胞分选(MACS),它允许在用携带磁性纳米颗粒的抗体覆盖细胞特定表面蛋白后,利用磁场来分离细胞群。通过首先移除产生CD200蛋白的细胞,然后在CD200-人群中选择产生细胞表面标记SSEA-4的细胞,研究人员能够从非cecs中分离出大多数的iCECs。为了在iCECs中获得高纯度,研究人员分别在LN221和LN332基质上培养这些细胞,进一步去除非cecs,使iCECs只附着和生长。结果得到了高度纯化的角膜细胞片。

Hayashi说:“这些发现表明,我们的新方法,结合MACS技术,可以从人类干细胞中产生角膜组织。”“我们的愿景是在临床环境中促进再生医学。”

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