題記

近年來，基于干細(xì)胞的細(xì)胞治療得到深入研究，但方法尚未成熟，仍有很多值得改善的地方，重編程中所需的各種基因操作可能會(huì)給患者帶來不可預(yù)估的遺傳后果。另外國(guó)內(nèi)外的研究人員正在使用各種方法和化合物來開發(fā)新的分化方案，包括使用不同來源的干細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)以及含有動(dòng)物血清和各類生長(zhǎng)因子或轉(zhuǎn)錄因子的混合物來定義細(xì)胞培養(yǎng)體系，這就導(dǎo)致了干細(xì)胞分化方法的標(biāo)準(zhǔn)性和重復(fù)性的問題，其中細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)于干細(xì)胞分化和下游應(yīng)用具有重要作用。今天小編就為大家介紹無(wú)異源動(dòng)物成分的層粘連蛋白在細(xì)胞研究方面的應(yīng)用。

 

圖1 細(xì)胞外基質(zhì)參與胚胎干細(xì)胞的三胚層分化

層粘連蛋白介紹

層粘連蛋白（Laminins）是一個(gè)細(xì)胞外基底膜蛋白家族，大約在5億年前出現(xiàn)在多細(xì)胞生物中。Laminins和Ⅳ型膠原被認(rèn)為是第一個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。細(xì)胞外基質(zhì)可將細(xì)胞結(jié)合在一起，并提供一個(gè)細(xì)胞可增殖、分化和生長(zhǎng)的環(huán)境。其中Laminins存在于所有上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的基底側(cè)，同時(shí)也是某些細(xì)胞與細(xì)胞間交互作用的中間媒介，對(duì)于細(xì)胞功能調(diào)節(jié)具有重要作用。

 

Laminins最初是從小鼠肉瘤樣腫瘤提取物中分離出來的一種三聚體蛋白，包含一條α1、一條β1和一條γ1鏈（LN111，根據(jù)三條鏈的組成命名）。整個(gè)Laminins含有5種α鏈、4種β鏈和3種γ鏈，原則上可以形成60種異構(gòu)三聚體亞型，其中在人體內(nèi)至少有16種亞型，不同組織表達(dá)不同的亞型。

 

圖2 哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的16種Laminin亞型

二、Laminins的主要應(yīng)用

 

LN521支持hPSC分化為肝相關(guān)細(xì)胞用于自動(dòng)化生產(chǎn)肝球

迄今為止，大多數(shù)用于肝臟生物學(xué)研究的體外模型本質(zhì)為二維系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不能完全概括肝臟結(jié)構(gòu)以及多種細(xì)胞類型的相互作用。本文描述了使用LN521包被培養(yǎng)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hPSC）分化為肝祖細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞，再形成人的肝球。肝球在微孔中自組裝形成，該過程通過液體處理和移液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為疾病模型或藥物篩選提供了強(qiáng)大的工具。

 

圖3 半自動(dòng)化流水線生產(chǎn)肝球

LN111聯(lián)合多異氰酸肽（PIC）支持人肝臟類器官的培養(yǎng)

肝移植是終末期肝病的一種治療選擇。由于缺乏供體肝臟，肝臟類器官成為研究重點(diǎn)。本文使用多種細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行肝類器官的培養(yǎng)，結(jié)果顯示多異氰酸肽和LN111的組合的水凝膠用于培養(yǎng)人肝類器官效果最佳，維持了良好的分化和增殖潛能，為人肝類器官的臨床應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ)。

 

圖4 PIC和LN511組合的水凝膠用于肝類器官培養(yǎng)

 

LN521支持多巴胺能神經(jīng)元來源于hESC分化的人類膠質(zhì)祖細(xì)胞（hGPCs）的重編程
 

多巴胺能（DA）神經(jīng)元是帕金森中丟失的主要神經(jīng)元亞型，但來源較為有限或者存在基因安全問題等，因此采用原位生成或替代的方法。本文使用hESC分化為神經(jīng)元的前體細(xì)胞hGPCs（來源有限，可獲取性�。�，優(yōu)化hGPCs重編程為DA神經(jīng)元（iDANs），為帕金森疾病的研究和治療提供參考價(jià)值。

 

圖5 hESC來源的hGPCs重編程衍生為iDANs

 

LN521+LN221支持多能干細(xì)胞衍生的心血管祖細(xì)胞（CVPs）的再生和改善豬心肌梗死

心肌梗死（Myocardial infarction，MI）是世界范圍內(nèi)最常見的人類死亡疾病，受損的心臟組織因不能自我再生而導(dǎo)致心臟衰竭。本研究通過使用無(wú)異源動(dòng)物成分的LN221包被培養(yǎng)多能干細(xì)胞分化生產(chǎn)臨床質(zhì)量的CVPs，建立豬心肌梗死模型。結(jié)果顯示，CVPs在移植到梗死區(qū)域后，細(xì)胞增殖良好，可有效改善豬心肌梗死，為持久的干細(xì)胞治療人類心肌梗死鋪平道路。

 

圖6 hESCs分化的CVPs治療豬心肌梗死

 

LN111支持hESCs向RPE細(xì)胞分化并減少同種異體移植的排斥反應(yīng)

 

人胚胎干細(xì)胞來源的視網(wǎng)膜色素上皮（hESC-RPEs）細(xì)胞可作為老年黃斑變性晚期的替代治療，然而同種異體hESC-RPE移植會(huì)觸發(fā)免疫排斥反應(yīng)。本文建立了雙敲除β-2微球蛋白和Ⅱ類主要組織相容性復(fù)合物的hESC細(xì)胞系，這些細(xì)胞系在LN111包被培養(yǎng)分化為RPE后既缺乏Ⅰ類人類白細(xì)胞抗原（HLA-Ⅰ）,也缺乏HLA-Ⅱ。結(jié)果顯示，在hESC-RPEs移植大眼動(dòng)物模型后，可誘導(dǎo)T細(xì)胞反應(yīng)并減少了免疫排斥反應(yīng)，為老年黃斑變性晚期的細(xì)胞替代療法提供數(shù)據(jù)參考。

 

圖7 hESC-RPEs異種移植動(dòng)物模型的觀察

 

BioLamina建立于科學(xué)基礎(chǔ)上，在基質(zhì)生物學(xué)及細(xì)胞培養(yǎng)中具有豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我們的愿景是讓BioLamina成為原代細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)品牌，實(shí)現(xiàn)從科研到臨床的完美轉(zhuǎn)化。

 

參考文獻(xiàn)

• Yap L, Tay HG, Nguyen MTX, et al. Laminins in Cellular Differentiation. Trends Cell Biol. 2019, 29(12): 987-1000. 

• https://doi.org/10.1101/2021.04.29.441908

• Meseguer-Ripolles J, Kasarinaite A, Lucendo-Villarin B, et al. Protocol for automated production of human stem cell derived liver spheres. STAR Protoc. 2021, 2(2): 100502. 

• Petrus-Reurer S, Winblad N, Kumar P, et al. Generation of Retinal Pigment Epithelial Cells Derived from Human Embryonic Stem Cells Lacking Human Leukocyte Antigen Class I and II. Stem Cell Reports. 2020, 14(4): 648-662. 5.Ye S., Boeter J. W. B., Mihajlovic M., et al. A Chemically Defined Hydrogel for Human Liver Organoid Culture. Advanced Functional Materials. 2020, 2000893. 

• Nolbrant S, Giacomoni J, Hoban DB, et al. Direct Reprogramming of Human Fetal- and Stem Cell-Derived Glial Progenitor Cells into Midbrain Dopaminergic Neurons. Stem Cell Reports. 2020, 15(4): 869-882.