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北大等发现功能成熟细胞在体外长期维持的新方

发布时间:2019-10-03 17:45编辑:生命科学浏览(147)

    北大等发现功能成熟细胞在体外长期维持的新方法

    说起乙肝,很多人都不陌生。据统计,中国的肝脏病患者约有4亿人,占全球肝脏病人的40%。这其中约有1.2亿人携带乙肝病毒。目前也还未找到有效的治愈方法。

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    4月26日,复旦大学基础医学院医学分子病毒重点实验室袁正宏研究组与北京大学邓宏魁研究组、解放军总医院卢实春研究组合作在《科学》(Science)杂志发表了题为《原代人肝脏细胞在体外的长期功能性维持》(Long-term functional maintenance of primary human hepatocytes in vitro)的研究论文,首次证明利用化学小分子调控细胞信号通路,实现了功能肝细胞在体外的长期维持,并证实此肝细胞在体外支持乙型肝炎病毒(HBV)及丙型肝炎病毒(HCV)的长期持续感染。该工作为大量制备功能成熟肝细胞及其应用提供了可能。如何诱导获得功能成熟的细胞并在体外保持其功能性是再生医学的关键瓶颈。在个体发育过程中,多种发育信号的精确调控,分化产生功能各异的细胞并长期稳定地维持其生理功能。然而,这些功能细胞一旦离开体内微环境便会迅速去分化并失去功能。此外, 由于缺乏适当的培养条件与微环境,体外源于干细胞诱导分化所获得的功能细胞,很难真正成熟并长期维持其功能,是再生医学研究和应用中长期面临的挑战。在过去的几十年里,人们尝试了改变培养材料,共培养以及三维培养等很多方法,但始终未能建立一个简单高效,稳定的功能细胞体外培养体系。 为解决这一问题,合作组以体外培养过程中快速失去功能的人原代肝细胞为研究对象,筛选到5种化学小分子的组合(5 compounds,5C)并利用它们在体外成功实现了肝细胞功能的长期维持。相比于传统遗传学方法,化学小分子能够实现对多个信号通路靶点的精细调控。在长达一个月以上的培养过程中,该培养方法成功抑制了肝细胞的去分化,细胞整体表达谱与体内的肝细胞高度相似,并可长期维持白蛋白分泌、尿素合成、药物代谢等肝细胞的功能。更重要的是,合作组通过一系列实验证明,5C培养的原代肝细胞可支持HBV及HCV,这两种具有严格肝噬性病毒的复制。在长达30天的感染过程中,乙肝表面抗原、e抗原、乙肝病毒DNA等指标明显优于目前常用的培养条件,尤其是能够长期稳定产生乙肝病毒复制必需的cccDNA(共价闭合环状DNA)。在HCV感染方面,5C培养的原代肝细胞中也检测到了丙型肝炎病毒有效复制的信号,而这在普通原代肝细胞培养条件下是检测不到的。肝炎病毒的体外复制模型由于缺乏有效的模拟体内肝脏细胞的模型一直是病毒学领域的难点。基于5C的细胞模型对于进一步开展HBV,HCV及其他肝炎病毒的基础研究及药物研发具有重要意义。澳门金莎娱乐网址 1

    4月26日,北京大学邓宏魁研究组、解放军总医院卢实春研究组以及复旦大学袁正宏研究组合作在《科学》发表了题为《原代人肝脏细胞在体外的长期功能性维持》的研究论文,首次证明利用化学小分子调控细胞信号通路,实现了功能细胞在体外的长期维持,这为大量制备功能成熟细胞及其应用提供了可能。

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    肝脏研究的瓶颈

    北京大学邓宏魁教授,解放军总医院卢实春教授以及复旦大学袁正宏教授为该论文的共同通讯作者,向晨罡博士、杜媛媛博士以及孟高帆博士为该论文的共同第一作者。复旦大学基础医学院易志刚副教授、研究生舒君、上海市公共卫生临床中心张小楠研究员,助研邬敏博士在病毒感染和检测方面提供了全面的支撑。本工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市教委科研创新计划等基金的大力支持。 中国工程院院士闻玉梅认为该篇论文是我国学者研究乙肝、丙肝以及其他肝脏疾病的机理的一项重大突破。作者们通过用FSK, SB431542, DAPT, IWP2及LDN193189五种化合物,成功地实现了在体外将人肝细胞延长培养至4周。 用此技术体外培养的肝细胞,不仅保持了肝细胞的生理功能,最有意义的是,这些在体外维持数周的肝细胞可成功地被乙肝病毒感染,表达HBsAg与HBeAg。通过对比,发现乙肝病毒与丙肝病毒感染过程有较大不同。这一研究最重要的价值是细胞被乙肝病毒感染后,可以完成整个病毒复制周期, 包括产生共价闭合环状DNA(cccDNA);而 cccDNA正是目前乙肝病毒难以被清除,疾病难以被治愈的关键。通过这一平台,将可更深入提出解决cccDNA的策略。作者们还在这一平台上,对现有临床实用的抗乙肝病毒核苷类药物与干扰素进行了考核,证实了核苷类药物可抑制经细胞培养的乙肝病毒,经干扰素处理后细胞可上调干扰素激活的基因控制乙肝病毒。用此建立了较长期的人肝细胞体外培养平台,不仅将为研究乙肝治愈推进一大步,还提供了创新性研发抗肝炎病毒药物的重要工具。

    邓宏魁研究组以体外培养过程中快速失去功能的人原代肝细胞为研究对象,筛选到5种化学小分子的组合(5 compounds,5C)并利用它们在体外成功实现了肝细胞功能的长期维持。在长达一个月以上的培养过程中,5C组合抑制了肝细胞的去分化,细胞整体基因表达谱与体内的肝细胞高度相似,并长期维持了白蛋白分泌、尿素合成、药物代谢等肝细胞的功能。

    北京大学邓宏魁教授

    最新研究成果的意义

    在邓宏魁研究组新建立的5C培养体系中,体外培养的肝细胞能合成与体内水平相似的药物代谢酶,并具有长期维持药物代谢能力,拓展了其在药物代谢、药物相互作用和药物毒性方面的应用。与此同时,邓宏魁研究组与袁正宏研究组合作,基于5C培养条件,成功建立了乙型肝炎病毒感染模型:持续高水平表达乙肝表面抗原、e抗原、合成乙肝病毒DNA等感染指标,尤其是能够长期稳定产生乙肝病毒复制必需的cccDNA。这一模型的建立,对于乙肝病毒的深入研究与药物研发具有重要意义。5C培养条件下的肝细胞支持乙肝病毒的高效感染,并能够长期产生cccDNA,可作为理想的药物筛选模型,为治愈乙型肝炎带来希望。

    近日,北京大学邓宏魁研究组、解放军总医院卢实春研究组以及复旦大学袁正宏研究组联合发表在《Science》杂志上的一篇论文,为肝病治疗带来了希望的曙光。研究显示,科学家们首次证明了一种化学小分子可以调控细胞信号通路,帮助实现功能性肝细胞在体外的长期维持。此外该研究还证明了肝细胞在体外支持乙型肝炎病毒及丙型肝炎病毒的长期持续感染。这项研究为大量制备功能成熟细胞及其应用提供了可能。

    据统计,全球遭受肝脏疾病困扰的人口约10亿,其中约4亿来自中国。同时,我国约有1.2亿人携带乙肝病毒,目前也还未找到有效的治愈方法。研究难点

    相比于传统遗传学方法,化学小分子能够实现对多个信号通路靶点的精细调控。在本研究中,邓宏魁研究组利用化学小分子实现了体外肝细胞功能的长期维持。这些工作表明了化学小分子在精细调控细胞命运和功能上的优越性,这一方法也为其他类型细胞体外功能的长期维持提供了新的途径。

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    目前无法攻克乙肝治愈最重要的原因是,肝脏疾病的研究一直缺乏良好的体外模型。也就是说,科学家研究肝病机制、治疗方案、用药方式等等,需要先在医疗实验室的细胞模型中做试验,而不能直接进行人体临床试验。然而,之前我们并没有理想的“试验田”。

    论文链接:DOI: 10.1126/science.aau7307

    DOI: 10.1126/science.aau7307

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    肝脏疾病研究的痛点

    人肝原代细胞本应是理想的模型,但由于缺乏适合的培养条件,分离后其在体外培养过程中,很短时间内就会发生形态和基因表达模式的变化,丧失肝细胞功能,无法进一步进行实验。目前大多数实验室使用的是肝癌细胞进行研究,但是相较于人原代肝细胞还是存在一定的差异性。在过去几十年里,研究者尝试改变培养材料,但始终未能建立一个简单、高效、稳定的人原代肝细胞体外培养体系。最新突破

    肝脏疾病目前还未找到有效的治愈方法,究其主要原因是肝脏疾病的研究一直缺乏良好的体外模型。

    近日,北京大学邓宏魁研究组、解放军总医院卢实春研究组以及复旦大学袁正宏研究组合作在Science杂志发表了题为《原代人肝脏细胞在体外的长期功能性维持》的研究论文,首次证明利用化学小分子调控细胞信号通路,实现人原代肝细胞在体外的长期维持,并证实此肝细胞在体外支持乙型肝炎病毒及丙型肝炎病毒的长期持续感染。这项研究为大量制备功能成熟肝细胞及其应用提供了可能性。

    原本,人肝原代细胞是较为理想的研究模型。但是功能性肝细胞很是脆弱,一旦离开体内微环境便会迅速去分化并且失去正常功能。

    在邓宏魁研究组新建立的5C培养人原代肝细胞体系中,体外培养的肝细胞能合成与体内水平相似的药物代谢酶,并具有长期维持药物代谢能力,极大拓展了其在药物代谢、药物相互作用和药物毒性方面的应用。与此同时,基于5C培养条件,成功建立了乙型肝炎病毒感染模型。这一模型的建立,对于乙肝病毒的深入研究与药物研发具有重要意义。更值得注意的是,5C培养条件下的肝细胞支持乙肝病毒的高效感染,并能够长期产生cccDNA,可作为理想的药物筛选模型,为治愈乙型肝炎带来了希望。

    此外,由于缺乏合适的培养条件和微环境,在体外通过干细胞诱导分化成的功能细胞很难真正成熟并长期维持其功能。因此,如何诱导获得功能成熟的细胞并在体外保持其功能性是再生医学的关键瓶颈。

    这实属乙肝基础研究中的重大突破,希望我国科学家的研究成果可以尽快促使乙肝治愈药物的问世!

    在过去几十年中,各国科学家们都在努力探索,尝试着改变培养材料、培养方法等。但可惜的是,都没有能建立起一个简单高效且相对稳定的功能细胞体外培养体系。

    澳门金莎娱乐网址,小分子具有大作用

    邓宏魁教授跟他的团队发现,有5种化学小分子组合(5 compounds,5C)可以在体外帮助实现肝细胞功能的长期维持。5C组合抑制了肝细胞的去分化,使得体外肝细胞整体基因表达与体内肝细胞有着高度的相似性,并且还能长期维持白蛋白分泌、尿素合成、药物代谢等正常的肝细胞功能。

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    5C处理使人肝原代细胞得在体外长期培养下保持正常形态和增殖特性

    相比于传统遗传学方法,化学小分子能够实现对多个信号通路靶点的精细调控。化学小分子诱导重编程从问世之初一直受到大家关注,相比于传统转基因方法介导的重编程,化学小分子不但可以避免内源基因修改带来的风险,它同时兼具了细胞膜穿透性、可逆性、可控性和易于制造等诸多优点。

    该研究表明,化学小分子在精细调控细胞命运和功能上的优越性,这一方法也为其他类型细胞体外功能的长期维持提供了新的途径。

    乙肝病毒感染模型建立

    在发现5C组合具有抑制细胞分化的作用后,邓宏魁研究组联合解放军总医院卢实春研究组以及复旦大学袁正宏研究组成功建立起首个乙肝病毒感染模型。持续高水平表达乙肝表面抗原、e抗原、合成乙肝病毒DNA等感染指标,尤其是能够长期稳定产生乙肝病毒复制必需的cccDNA。

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    人原代肝细胞在5个化学小分子的协同作用下,能够在体外长期维持功能。

    这一模型的建立,对于乙肝病毒的深入研究与药物研发具有重要意义。因为乙肝病毒侵入肝细胞后,,形成了一种很难被清除的病毒复制模板cccDNA,,目前还没有针对这个病毒复制关键靶点的药物。

    相形之下,丙型肝炎病毒的发现虽然晚于乙肝病毒,但基于有效的体外病毒感染模型,已成功筛选并获得治愈丙肝的药物。5C培养条件下的肝细胞支持乙肝病毒的高效感染,并能够长期产生cccDNA,可作为理想的药物筛选模型,为治愈乙型肝炎带来希望。

    中国工程院院士闻玉梅指出,这种仅用5种化学小分子处理来体外长期培养人肝原代细胞的方法易于实现,极适用于药物的高通量筛选,为肝脏疾病的治疗提供了更为简便的研究工具,具有重大的现实意义。

    End

    参考资料:

    1] Long-term functional maintenance of primary human hepatocytes in vitro

    2] 邓宏魁研究组与合作者在Science发表论文报道功能成熟细胞在体外长期维持的新方法

    3] 我科学家成功建立乙肝病毒感染模型

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