诺奖得主教你一步转化干细胞

　　

生物通报道：今年诺贝尔生理学/医学奖的得主Thomas Südhof教授，在Neuron杂志上描述了一个简单快速的新方法，只用一个转录因子就将人类干细胞转化为神经元。这一方法将帮助人们对多种相关疾病进行大规模研究。

干细胞分化技术，可以为机理研究、药物筛选和组织再生提供可再生的细胞源。然而，将人类胚胎干细胞或诱导多功能干细胞iPSC转变为神经元是很复杂的，往往需要培养数月才能得到足够的细胞用于大规模研究。此外，现有的干细胞分化方案，生成的神经元具有不同特性，并不均一。而直接将成纤维细胞转化为神经元时，能形成突触连接的细胞也并不多。

为了突破这些限制，斯坦福大学医学院的Thomas Südhof教授提出了新的转化方法。研究显示，这一方法生成了大量功能性的神经元，这些神经元能够形成突触，并且在活体移植后能够融入小鼠的神经元网络。这一简单有效的方法，在不到两周的时间内，实现了将近100%的产量和纯度。

“这一技术的惊人之处在于，仅表达一个转录因子就能够使干细胞快速生成完全功能的神经元”，西奈山医学院的Kristen Brennand评论道。

研究人员指出，过表达Ngn2（neurogenin-2），能够快速将人胚胎干细胞和iPSC转变为神经元。这些神经元的基因表达模式和功能特性都可以重现，不依赖于研究所采用的细胞系。

“这一技术有许多优势，”加州大学的Arnold Kriegstein说。“不仅更快更有效，而且产生了均一的皮质神经元。传统分化方法只能产生混合型的神经元，耗时也更长。”

研究人员在这些神经元中，下调了与癫痫和认知障碍有关的基因表达，检测了上述改变对神经元功能的影响。他们由此向人们展示，这些神经元可以用于建立疾病模型。

文章指出，上述神经元可以支持大型钙离子成像实验，允许人们监测神经元网络的活性，以便进行药物筛选。此外，这些神经元还可以用于突触研究。鉴于表达Ngn2只产生一类特定的神经元，作者推测使用或添加其他转录因子，会得到其他类型的神经元。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Rapid Single-Step Induction of Functional Neurons from Human Pluripotent Stem Cells

Available methods for differentiating human embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent cells (iPSCs) into neurons are often cumbersome, slow, and variable. Alternatively, human fibroblasts can be directly converted into induced neuronal (iN) cells. However, with present techniques conversion is inefficient, synapse formation is limited, and only small amounts of neurons can be generated. Here, we show that human ESCs and iPSCs can be converted into functional iN cells with nearly 100% yield and purity in less than 2 weeks by forced expression of a single transcription factor. The resulting ES-iN or iPS-iN cells exhibit quantitatively reproducible properties independent of the cell line of origin, form mature pre- and postsynaptic specializations, and integrate into existing synaptic networks when transplanted into mouse brain. As illustrated by selected examples, our approach enables large-scale studies of human neurons for questions such as analyses of human diseases, examination of human-specific genes, and drug screening.