來自香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院（港大醫(yī)學(xué)院）的劉澎濤教授團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種獲取干細(xì)胞的新方法，在全球首次成功獲得豬和人的擴(kuò)增潛能干細(xì)胞（EPSCs），這些干細(xì)胞具有胚胎發(fā)育初期細(xì)胞的特征，可以發(fā)育成任何類型的細(xì)胞，這類細(xì)胞也被稱為全能細(xì)胞。

豬和人類擴(kuò)增潛能干細(xì)胞的建立，為研究人類發(fā)育和再生醫(yī)學(xué)提供了巨大的潛力。劉澎濤在接受 DeepTech 采訪時(shí)表示，除了在一些嚙齒類及靈長類動(dòng)物以外，很多胚胎干細(xì)胞領(lǐng)域的科學(xué)家已經(jīng)做了很多的嘗試，都無法在其他哺乳類動(dòng)物中建立胚胎干細(xì)胞株，尤其是豬。最新研究證實(shí)從豬和人類身上均能取得擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞。

就像一張窗戶紙捅破之后，現(xiàn)在諸多前沿生物技術(shù)都可以用在這個(gè)細(xì)胞上，將為研究胚胎發(fā)育，以及為基因組學(xué)、再生醫(yī)學(xué)、生物科技及農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)化研究帶來巨大突破。

這項(xiàng)研究由劉澎濤團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，英國劍橋維康桑格研究院及德國聯(lián)邦動(dòng)物衛(wèi)生研究院的研究人員參與合作。論文發(fā)表在 6 月 3 日的 Nature Cell Biology 雜志上。

圖 | 香港大學(xué)劉澎濤教授（右）、楊樹標(biāo)教授（中）和助理教授張知恒博士（左）（圖片來源：香港大學(xué)官網(wǎng)）

首次創(chuàng)建擴(kuò)增潛能干細(xì)胞

在上世紀(jì) 70 和 80 年代，科學(xué)家首次從小鼠囊胚建立胚胎干細(xì)胞系。但迄今為止，除了在一些嚙齒類及靈長類動(dòng)物以外，科學(xué)家一直較難從其他哺乳類動(dòng)物建立胚胎干細(xì)胞株。

目前得到的胚胎干細(xì)胞，是在受精卵發(fā)育成大約 100 個(gè)細(xì)胞的胚囊階段提取的，而榮獲 2012 年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，也只能發(fā)育成某些特定的細(xì)胞譜系。

截至目前，胚胎干細(xì)胞一般都是來自于最少有數(shù)十個(gè)細(xì)胞的著床前胚胎（又稱囊胚）。在囊胚形成前，胚胎細(xì)胞仍然具備分化成不同種類細(xì)胞的可能性，因此具有全能性特征。

劉澎濤團(tuán)隊(duì)在多年前就提出新的擴(kuò)增潛能干細(xì)胞構(gòu)想，他們認(rèn)為從比囊胚期更早期的著床前胚胎建立干細(xì)胞體系，成功的機(jī)會可能更大。

劉澎濤實(shí)驗(yàn)室于 2017 年在小鼠干細(xì)胞研究中首次發(fā)現(xiàn)突破性的進(jìn)展，找到了細(xì)胞譜系分化的主要分子路徑，并建立了小鼠 EPSC 細(xì)胞系。EPSCs 從囊胚形成前的著床前胚胎取得，因此 EPSCs 也備有全能干細(xì)胞特色。

劉澎濤認(rèn)為，發(fā)育最初期的細(xì)胞應(yīng)該比胚胎干細(xì)胞編程更少，所以他們發(fā)明了一種從發(fā)育最初階段，比如受精卵僅分化成 4 個(gè)或 8 個(gè)細(xì)胞的階段開始培育干細(xì)胞的新方法，并成功創(chuàng)建了小鼠擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞。

研究人員在對這些發(fā)育最初期細(xì)胞進(jìn)行培育后發(fā)現(xiàn)，新細(xì)胞保持了發(fā)育最初期細(xì)胞的特征。他們還對小鼠的胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞重新編程，制造出 EPSCs。

擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞擁有的發(fā)育特質(zhì)是傳統(tǒng)或是標(biāo)準(zhǔn)的胚胎干細(xì)胞或誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞所沒有的。擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞具備分化為胚胎及胚胎外細(xì)胞譜系的潛力，包括胎盤里的滋胚層和卵黃囊的細(xì)胞，把發(fā)育生長的時(shí)鐘逆轉(zhuǎn)到細(xì)胞最早期的類型。擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞也可以讓研究人員研究早期胚胎的發(fā)育、以及流產(chǎn)和發(fā)育障礙的原因。

將新方法拓展到豬的研究

而在這項(xiàng)最新研究中，劉澎濤團(tuán)隊(duì)認(rèn)為在小鼠中獲取擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞的新方法，或許也能用在豬及人類身上。

豬具有重要的生物醫(yī)學(xué)研究價(jià)值，因?yàn)槠溥z傳基因、身體構(gòu)造及生理機(jī)能（如器官大小）與人類相近。如果能夠改造豬只的干細(xì)胞基因，不但對動(dòng)物健康及養(yǎng)殖生產(chǎn)將大有助益，也直接促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)研究，比如器官移植。

劉澎濤表示，越早在哺乳類動(dòng)物胚胎發(fā)育初期取得干細(xì)胞，細(xì)胞中物種之間可能存在的差異越小，EPSC 技術(shù)應(yīng)用在多種哺乳類物種上的成功機(jī)會就越大。這項(xiàng)研究的目的就是研究在什么條件下，可以在不同物種的胚胎發(fā)育的最早期取得干細(xì)胞。胚胎發(fā)育最早期的胚胎細(xì)胞猶如一張白紙，這次研究結(jié)果證明，這個(gè)構(gòu)思和猜想基本上是正確的。

“過去數(shù)十年，科研人員不斷嘗試提取豬胚胎干細(xì)胞，但是只取得有限的進(jìn)展?，F(xiàn)在我們使用 EPSC 科技成功地從豬著床前胚胎建立干細(xì)胞培養(yǎng)體系，并系統(tǒng)地分析這些新型干細(xì)胞的發(fā)育、細(xì)胞和分子特征。重要的是，我們亦以同樣方法取得類似的人類 EPSC 干細(xì)胞。這些研究成果，以及我們以前發(fā)表的小鼠 EPSCs，標(biāo)示著胚胎干細(xì)胞研究向前邁進(jìn)重要的一步?！?/p>

該項(xiàng)研究證實(shí)從豬只及人類身上，均能取得擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞，其中以豬只的 EPSCs 研究結(jié)果尤其重要，因?yàn)檫@是科研人員首次在豬早期胚胎中取得干細(xì)胞，而人類的 EPSCs 則可為人體的發(fā)育成長及再生醫(yī)學(xué)研究提供新的細(xì)胞來源。

至今，劉澎濤團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功從小鼠、豬只和人類取得 EPSCs。這些來自不同物種的干細(xì)胞，有相似的分子特性，而且容易作多次基因編輯。人類的 EPSCs 除了可以分化為人體的所有細(xì)胞類型，以及可用于人類疾病和再生醫(yī)學(xué)研究之用，也由于人類的 EPSCs 可產(chǎn)生大量胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞，還可以提供研究妊娠并發(fā)癥如子癇前期及流產(chǎn)等的機(jī)會。

本研究的共同第一作者、德國聯(lián)邦動(dòng)物衛(wèi)生研究院的 Dr Monika Nowak-Imialek 表示，從豬胚胎分離出來的 EPSCs 是全球首個(gè)擁有完整特征的豬胚胎干細(xì)胞株。由于 EPSC 具有分化成所有種類細(xì)胞的發(fā)育潛能，它們將可以極大程度促進(jìn)發(fā)育生物學(xué)、再生醫(yī)學(xué)、器官移植、疾病模型，動(dòng)物健康、農(nóng)業(yè)及生物科技。

劉澎濤教授也向 DeepTech 表示，他們會繼續(xù)拓展 EPSC 技術(shù)的研究，也會與不同的機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用研究合作，比如可以做非洲豬瘟感染分子機(jī)制的研究。