新技術(shù)幫助研究人員確定干細(xì)胞如何分化

由于日本RIKEN定量生物學(xué)中心的科學(xué)家開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)和微細(xì)加工技術(shù)相結(jié)合，現(xiàn)在可以看到干細(xì)胞分化。發(fā)表于PLOS One的結(jié)果隨后是人類間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)的分化，這種細(xì)胞很容易從成人骨髓中獲得。

已經(jīng)證明MSCs對(duì)再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞治療很重要，因?yàn)樗鼈兛梢孕迯?fù)許多不同類型的器官損傷，因?yàn)樗鼈兡軌蚍只筛鞣N細(xì)胞類型，包括骨骼，肌肉和脂肪。根據(jù)細(xì)胞的生長(zhǎng)方式，結(jié)果可能會(huì)有很大差異，因此控制分化是一個(gè)重要的目標(biāo)。

在不同條件下觀察MSC分化是理解如何控制過程的重要步驟。然而，事實(shí)證明這在兩個(gè)方面具有挑戰(zhàn)性。首先，細(xì)胞生長(zhǎng)的物理空間對(duì)結(jié)果具有顯著影響，導(dǎo)致它們分化的細(xì)胞類型的顯著變化。研究這種效應(yīng)需要一致且持久的空間限制。其次，對(duì)通過人工觀察開發(fā)的細(xì)胞類型進(jìn)行分類是耗時(shí)的。

以前的研究已經(jīng)將細(xì)胞生長(zhǎng)限制在載玻片上的纖連蛋白上。細(xì)胞只能粘附和分化纖連蛋白存在的位置，因此受到化學(xué)限制。然而，該程序需要高技術(shù)技能才能長(zhǎng)時(shí)間保持限制。為了克服這個(gè)問題，該研究的第一作者田中信行決定尋找一種限制它們的新方法。使用簡(jiǎn)單的瓊脂糖凝膠物理限制系統(tǒng)，他發(fā)現(xiàn)他可以維持它們長(zhǎng)達(dá)15天。Tanaka說：“能夠做到這一點(diǎn)真是太棒了，因?yàn)榄傊悄z是生物實(shí)驗(yàn)室常用的材料，可以很容易地在PDMS硅膠模具中形成微鑄件。”

他繼續(xù)說道，“這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，一旦獲得PDMS模具，用戶只需要瓊脂糖凝膠和真空干燥器就能產(chǎn)生高度可重復(fù)的微鑄模。”真空泵將瓊脂糖凝膠拉入模具中。他解釋說，“我們?yōu)樘K黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的共同作者提供了協(xié)議，他們進(jìn)行了瓊脂糖微鑄造并進(jìn)行了干細(xì)胞分化研究。干細(xì)胞被捕獲在微結(jié)構(gòu)中，它們的分化在捕獲條件下得到控制。”

Tanaka的論文還描述了一種使用機(jī)器學(xué)習(xí)的自動(dòng)細(xì)胞類型分類系統(tǒng)，它可以減少分析細(xì)胞所需的時(shí)間和勞動(dòng)力。“這些工具結(jié)合在一起，為我們提供了一種了解干細(xì)胞在特定條件下如何分化的有效方法。”

根據(jù)進(jìn)行研究的綜合生物設(shè)備實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Yo Tanaka的說法，“我們希望這將打破迄今阻礙該領(lǐng)域研究的障礙，并有助于建立生物學(xué)家和工程師之間的和諧。傳統(tǒng)上工程師一直在開發(fā)新技術(shù)，但科學(xué)家們更喜歡使用成熟的技術(shù)。但是，如果我們新開發(fā)的技術(shù)很簡(jiǎn)單，它可以快速傳播，這就是我們的目標(biāo)。“

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