小分子诱导人胚胎干细胞分化为成釉细胞样细胞：开启牙釉质再生新征程

《Stem Cell Research & Therapy》：Small molecules direct the generation of ameloblast-like cells from human embryonic stem cells

为解决牙釉质和牙齿再生研究中获取成釉细胞困难及诱导条件不明确等问题，研究人员开展了利用小分子诱导人胚胎干细胞（hESCs）分化为成釉细胞的研究。结果成功建立了相关分化方法，该研究为牙釉质和牙齿再生研究提供了新途径1215。

　　在牙齿的发育过程中，成釉细胞（ameloblasts）起着至关重要的作用，它负责牙釉质的形成。然而，牙齿缺损和缺失是常见的临床疾病，目前的常规口腔修复疗法存在诸多局限，牙齿再生成为口腔生物医学研究的热点。但由于牙齿组织自我再生能力差，人类牙上皮细胞来源稀缺，严重阻碍了牙釉质组织和全牙生物工程的发展。因此，从其他细胞中获取成釉细胞成为了极具潜力的研究方向。

在此背景下，西安交通大学的研究人员开展了一项旨在利用小分子诱导人胚胎干细胞（hESCs）分化为成釉细胞的研究。该研究成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上。研究人员成功建立了一种高效的基于小分子的方法，通过协同调节视黄酸（RA）、骨形态发生蛋白（BMP）、WNT 和 NOTCH 信号通路，将 hESCs 分化为成釉细胞样细胞。这一成果为牙釉质和牙齿再生研究提供了新的细胞来源，有望推动相关领域的发展。

研究人员在开展此项研究时，主要运用了以下关键技术方法：

1. 细胞培养技术：对 hESCs 进行培养，并诱导其向不同细胞类型分化，包括非神经外胚层（NNE）细胞、牙上皮（DE）细胞和成釉细胞样细胞。同时，培养人牙髓干细胞（hDPSCs）用于共培养实验345。
2. 基因表达分析技术：采用定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）检测相关基因的表达水平，以此评估细胞分化过程中各阶段细胞标记物的表达情况6。
3. 免疫荧光技术：通过免疫荧光染色，直观观察细胞中特定蛋白的表达和定位，进一步验证细胞分化的结果7。
4. 三维（3D）培养技术：利用 3D 培养体系模拟体内微环境，研究其对 hESCs 来源的成釉细胞分化的影响8。

研究结果如下：

1. 获取 NNE 命运：研究人员对比多种诱导 hESCs 向 NNE 命运分化的方案，发现 RA 能高效促进 NNE 的生成。同时，优化细胞密度和 RA 诱导时间后发现，细胞接种密度为3.5×104cells/cm2 、诱导 6 天为获取 NNE 命运的最佳条件910。
2. PPE 特化与 DE 命运获得：抑制 BMP 和 WNT 信号通路可促进 NNE 向 PPE 特化，并获得 DE 命运。诱导过程中，检测到 PPE 和 DE 标记物的表达变化，且诱导细胞与 hDPSCs 共培养后，矿化结节增大，表明诱导细胞具有成釉细胞的矿化能力1112。
3. 成釉细胞样细胞的生成：在二维（2D）培养条件下，激活 WNT 信号并抑制 NOTCH 信号，能诱导 DE 细胞分化为成釉细胞样细胞，且在第 10 天达到诱导高峰。在 3D 培养条件下，细胞的成釉细胞分化能力增强，相关标记物表达升高，且 3D 培养比 2D 培养更有利于成釉细胞分化1314。

研究结论和讨论部分指出，该研究建立的小分子诱导 hESCs 分化为成釉细胞样细胞的方法，为功能性成釉细胞的生成提供了新策略。同时，研究过程中对各信号通路的调控机制进行了深入探讨，发现不同信号通路之间存在复杂的相互作用。尽管研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性，如未进行单细胞测序分析诱导细胞与原发性人成釉细胞的差异，诱导的上皮组织未能形成 3D 器官等。未来需要进一步研究 hESCs 来源的牙细胞在体内的潜力，并深入探索牙组织再生的分子机制，以推动牙釉质发育障碍研究和基于细胞的治疗方法的发展。