两篇Nat Methods聚焦iPS培养新方法

　　

生物通报道：来自加拿大卡尔加里大学，以及多伦多大学的两个研究小组分别发表了题为“Derivation of iPSCs in stirred suspension bioreactors”等两篇文章，获得了诱导多能干细胞（iPS）培养和维持方面的最新进展——证明搅拌悬浮培养液中可以诱导重编程干细胞。相关成果公布在Nature Methods杂志上。

上篇： 裴端卿Nature Methods：悬浮培养

尽管干细胞被广泛地用来测试新药，但是研究人员总是很难在体外生产足够多的有活性的干细胞。通常干细胞是在必须经过刮擦的平面上培养的，然后它们必须分化为其他细胞类型以便阻止这些非常重要的细胞死亡。经证实，这是一种没有效率的收集干细胞的方法，因为这种过程不能产生足够多数量的干细胞，而且所需成本较高。

另一方面，胚胎干细胞原初培养条件并不十分合适重编程，原因是小牛血清和饲养层，这两种细胞都富含TGFβ细胞因子家族，而这种细胞因子能不断传递上皮-间质转分化信号，而重编程起始则需要相反的间质-上皮转分化过程。

这两个团队的最新成果都是通过培育iPS细胞，最终培育出了嵌合体小鼠中的多个组织，其中一个研究组还证明这些细胞还可以分化成生殖细胞，因此悬浮培养重编程被证明可以再小鼠中产生多能干细胞。

（悬浮培养诱导多能干细胞的方法能扩大培育，用于基础研究和应用方面）

但是悬浮培养也存在一个明显的缺陷，那就是由于流体状态，克隆系不能再派生，这也许将妨碍这一技术用于人类iPS细胞再生临床应用，因为严格质量控制程序也许需要克隆鉴定。

如果要弥补这一缺陷，那么也许可以进行单细胞处理，将悬浮培养重编程与培养基条件优化结合起来，也许能最终能促进临床级iPS细胞的生成。另外还需要注意的是目前还并不清楚是否悬浮培养方法能用于人类细胞培养。

这种悬浮培养方法将有利于扩大规模，用于商业用途，除此之外也能为了解细胞命运重编程提供新观点。通过全基因组表达分析，来了解悬浮培养重编程过程与贴壁培养过程的关联，就十分有趣。另外规模化悬浮培养重编程也能产生足够的细胞，用于重编程机制的生化分析。这将有助于识别鉴定重编程早期，诱导转录因子最先激活的少量，却重要的元素。

也有可能有人会提出悬浮培养重编程细胞在某些方面，会与贴壁培养的细胞存在差别，比如说间质-上皮转分化过程在悬浮培养和贴壁培养中就不同，因为前者也许导致细胞形态更容易改变。一般来说，刚性表面的限制消失会给重编程过程带来某些益处，以及弊端，除此之外，悬浮培养液会在不同的方面影响细胞衰老和扩增，这对于成功的重编程来说都是很重要。

这些差异也许将告诉我们关于重编程更多的分子机制，需要我们更进一步探索，无论如何，悬浮培养都为未来应用和基础研究带来了更多的可能性。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Derivation, expansion and differentiation of induced pluripotent stem cells in continuous suspension cultures
We describe derivation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) from terminally differentiated mouse cells in serum- and feeder-free stirred suspension cultures. Temporal analysis of global gene expression revealed high correlations between cells reprogrammed in suspension and cells reprogrammed in adhesion-dependent conditions. Suspension culture–reprogrammed iPSCs (SiPSCs) could be differentiated into all three germ layers in vitro and contributed to chimeric embryos in vivo. SiPSC generation allowed for efficient selection of reprogramming factor–expressing cells based on their differential survival and proliferation in suspension culture. Seamless integration of SiPSC reprogramming and directed differentiation enabled scalable production of beating cardiac cells in a continuous single cell– and small aggregate–based process. This method is an important step toward the development of robust PSC generation, expansion and differentiation technology.


Derivation of iPSCs in stirred suspension bioreactors
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are typically derived in adherent culture. Here we report fast and efficient derivation of mouse iPSCs in stirred suspension bioreactors, with and without the use of c-Myc. Suspension-reprogrammed cells expressed pluripotency markers, showed multilineage differentiation in vitro and in vivo, and contributed to the germline in chimeric mice. Suspension reprogramming has the potential to accelerate and standardize iPSC research.