干细胞治疗为多种疾病的患者带来治疗福音,然而大量健康的干细胞仍然存在副作用,可能导致一系列人体疾病。例如,干细胞可能造成胎儿出生前的先天瘫痪,或者干细胞失控后造成癌症。因此,科学家们正在努力研究正确引导干细胞的发育方法。
美国塔夫斯大学(Tufts University)文理学院的生物专家麦克·列文(Michael Levin)发明了一种创新通过修饰生物电信号从而控制干细胞后代发育的方式。在细胞的生物膜的内部与外部存在着跨膜势能,形成电压,因此控制电势的差异是极其重要的。位于细胞外膜上特殊蛋白检查点调控细胞离子的进出,因此,融合更多的常见的蛋白信号系统,能够指定细胞将来的发展走向。
列文领导的实验小组通过研究人工培养的人类干细胞组织的属性,发现其可以因电势的转变而改变。现在他们的研究重心是,改变一种细胞的跨膜势能,看是否会引起整个有机体的多米诺效应,包括影响其他细胞种类的发展走向。
他们以发展方向为面部及心脏的神经嵴干细胞为研究对象,这种干细胞同时也会生成皮肤中的黑色素。运用蝌蚪作为研究模型,他们发现调整一小部分引导细胞的跨膜势能,可以传递信号给黑色素细胞,导致其过度生长并形成黑色素癌症细胞。更令人兴奋的是,这种信号能在蝌蚪中远距离传递,由一种重要的关于情绪调节及其他神经体系功能的的神经传递素——血清素传导。同样的,他们也发现通过对其他离子通道的分析,其他的引导性细胞可以改变其他细胞的发展。
列文表示说,了解这种创新的生物电信号及新型细胞的种类,有助于了解干细胞和宿主的功能整合,还有助于阻止肿瘤的生长。这最终将帮助研究学者们运用相关药物引导细胞的发展行为。并且,研究学者们希望了解细胞是如何知道在宿主体系内的发展走向。
这种创新的生物电改变干细胞行为的模式具有深远的影响。这就好比用一种引导性的细胞,改变电压梯度,指导其他重要的细胞发育。该功能有望应用于人体受伤后的修复重建、修复先天畸形及预防癌症。
改变干细胞的致癌可能
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