研究人员发现,只需一个细胞就足以重建一个完整、功能正常的涡虫。这些动物体内遍布着一种特殊的细胞,它与人类胚胎干细胞有一些共同的特性。如果科学家能了解这种特殊细胞的工作原理,他们或许有一天能研究如何利用这些细胞进行人类组织再生。
麻省理工学院和霍华德休斯医学研究所的研究人员表示,这是首次在成年动物中发现多能干细胞。
多能干细胞具有转化为任何类型细胞的独特能力,这也是它们在疾病研究、组织再生和其他领域如此有价值的原因。但这些细胞仅存在于胚胎中,或需要通过复杂的实验室过程诱导产生。成年人有干细胞,但它们的特异性更强——造血干细胞可以转化为血液的任何组成部分,皮肤干细胞可以转化为皮肤或毛发,但它们无法转化为神经元等其他类型的细胞。
但涡虫(更准确地说是涡虫纲动物)似乎可以从有限的一团细胞中产生所有细胞。如果你切下一块,它不会死亡——你很快就会得到两条完全成熟、健康的涡虫。研究人员想知道,这些动物的再生能力是源于一个“全能”干细胞,还是由多个特定干细胞协同工作的结果。
为了弄清这一点,由麻省理工学院的Peter Reddien、Daniel Wagner和Irving Wang领导的研究人员对涡虫进行了电离辐射照射,剥夺了它们的细胞分裂和再生的能力。没有新细胞的生长能力,动物会慢慢死亡。该团队杀死了所有分裂的细胞,只留下一种称为cNeoblasts的稀有细胞群,然后观察这些剩余的细胞如何分裂形成大量的替代细胞群。
然后,他们做了一些非常奇怪的事情。Wagner和Reddien从一种涡虫中提取了一个cNeoblast细胞。然后,他们给另一种涡虫(这种涡虫没有自己的neoblasts,也无法再生)施加了致命剂量的辐射。它的组织开始死亡,从头部向尾部蔓延。接着,他们将第一条涡虫的neoblast植入到第二条垂死的涡虫的尾部。
根据怀特海德生物医学研究所发布的新闻稿,他们观察到,被移植的cNeoblast细胞增殖、分化,并“最终取代了宿主的所有组织”。这个单一neoblast细胞的后代分化成了神经元、肠道和其他成人细胞类型,接管了宿主死亡细胞的功能。新恢复的涡虫是cNeoblast供体的一个精确的遗传副本。这一切都来自一个单一的细胞。
研究结果发表在今天的《科学》杂志上。
Wagner在新闻稿中表示,涡虫已经解决了再生问题,科学家们想确定它是如何做到的。
他说:“有一天,我们将研究这种动物身上可能发生的事情与老鼠或人身上可能发生的事情之间的关键区别。”