佛罗里达州立大学生物学家领导的一项开创性的新研究可以从根本上改变我们对胚胎干细胞如何分化为特定细胞类型的理解。

今天发表在《干细胞报告》杂志上的这项研究质疑了几十年来的科学共识，即胚胎干细胞是动物胚胎中的一种细胞，可以产生消化系统和呼吸系统。

FSU生物科学系杰赫伯特泰勒分子生物学杰出教授大卫吉尔伯特说，这项研究提出了一个完美的概念，即当胚胎干细胞将它们不可改变的方法描述为固定的内胚层谱系时——在这种情况下，它们的最终命运是作为特定的消化或呼吸细胞。

吉尔伯特说：“这篇论文质疑了长期以来的假设，即胚胎干细胞在细胞形成的最早阶段仍然保持相当大的可塑性和可塑性。”“我们证明人类胚胎干细胞可以非常迅速地不可逆地治疗内胚层谱系——例如肝脏和胰腺细胞。”

这些发现代表了胚胎干细胞分化研究的新篇章，这一领域可能是帮助科学家和临床医生解决各种疾病和改进疗法的关键。

吉尔伯特和他的合作者利用圣地亚哥再生医学公司ViaCyte开发的复杂方案，将胚胎干细胞样本暴露在培养条件下，以便将细胞推向最终的内胚层阶段，这是专业化细胞发展的快车道。然后研究小组迅速将细胞送回一系列治疗因子中，使其恢复到胚胎状态。

根据之前的研究，研究人员推测，在内胚层培养中，或者至少需要一个完整的细胞分裂周期，细胞才能进入发育轨道。

“事实上，我们发现，只有在暴露于内胚层鸡尾酒——细胞分裂周期的一小部分——几个小时后，细胞才能回到干细胞混合物中，并继续经历同样一系列的基因表达变化。控制细胞保留在内胚层鸡尾酒。”

换句话说，在内胚层培养中浸泡很短时间后，细胞已经完全适应了特定的细胞程序。

吉尔伯特和他的合著者在论文中写道：“在之前报道的实验之前，没有人预料到早期干细胞谱系的前景会如此迅速和不可逆转。”

这不是团队研究挑战的唯一根深蒂固的假设。长期以来，科学家们一直认为细胞核中染色体的三维组织异常刚硬，与复制时间密切相关——复制时间是DNA片段在细胞分裂前被复制的顺序。据信，重新配置这种结构的唯一方法是在染色体传递给其子细胞时分裂细胞核。

事实证明，这些假设也可能被误导。

吉尔伯特说：“我们已经证明，染色体结构可以在不拆除整个细胞核的情况下快速进行局部重建——类似于不拆除建筑物就改变建筑物的脚手架——这是非常出乎意料的。“我们还表明，这些染色体结构的变化动态地发生在干细胞被刺激成为内胚层之后。这一发现表明，复制和结构并不总是齐头并进的，它们可以成为我们所说的‘解耦’。”

研究人员将复制时间与染色体结构脱钩，并展示了通过手术重塑结构的能力，这有助于提高科学家对胚胎干细胞行为的认识。随着干细胞谱系的前景比预期发生得更快、更不可逆，吉尔伯特说，这些发现提出了关于干细胞基本特性和将一种细胞转化为另一种细胞的障碍的关键问题。

如果研究人员能够利用这些新的见解，他们就可以开始揭开干细胞如何以及为什么致力于其发育轨迹以及为什么一些细胞特别难以重新编程的神秘面纱。

这些信息可以为创造新的强有力的工具来对抗疾病和减轻人类痛苦提供信息。

吉尔伯特说：“事实上，基因组组织的巨大变化及其复制的时间顺序可以很容易地被重塑，这与实验室细胞培养系统中的不可逆承诺有关，这意味着我们可能能够利用该系统获得代表不可逆承诺的机制。“我们从未预料到这一点——我们预料到不可逆转的承诺，这需要更多的工作、时间和费用。”