Nature：德科学家研发基因条形码技术，成功追踪干细胞命运
时间：2017-10-12
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干细胞是人体内一种尚未分化的细胞，按发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞。成体干细胞包括造血干细胞、间充质干细胞等。造血干细胞可被应用于血液类疾病的治疗，间充质干细胞则被应用于神经系统及免疫系统领域的治疗。
干细胞是人体内一种尚未分化的细胞，按发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞。成体干细胞包括造血干细胞、间充质干细胞等。造血干细胞可被应用于血液类疾病的治疗，间充质干细胞则被应用于神经系统及免疫系统领域的治疗。
近日，来自德国癌症研究中心的Hans-Reimer Rodewald和他的同事们与干细胞生物学家Thomas Höfer领导的团队合作开发出一种新的技术，给造血干细胞标记上一种基因条形码，之后人们便能够准确地追踪血细胞发育过程的各个事件，并清晰地鉴定出被标记干细胞的后代细胞。在该研究中，研究人员培育出了在基因组中携带这种基因条形码的小鼠。在选择的不编码基因的位点上，这种基因条形码含有9个来自拟南芥的小DNA片段（也称作代码元件）。这些片段位于10个被称作IoxP位点的基因切割位点的两侧。通过给予一种药物试剂，与IoxP位点相匹配的分子剪刀Cre能够在这些小鼠的造血干细胞中被激活。随后，这些代码元件被随机地重排或切除。Höfer说，“这种随机的DNA条形码产生器能够产生高达180万个基因条形码，我们能够鉴定出在实验中仅出现一次的代码元件。”当这些经过特殊标记的造血干细胞发生分裂和成熟时，这些基因条形码也会保存下来。通过与德国德尔布吕克分子医学中心合作，研究人员开展综合性的条形码分析以便追踪单个血细胞是由哪个造血干细胞产生的。
该研究揭示出两大发育分枝在小鼠造血干细胞中开始产生：在一个分枝中，免疫系统的T细胞和B细胞产生；在另一个分枝中，红细胞和多种白细胞，如粒细胞和单核细胞形成。所有这些细胞类型能够由单个造血干细胞产生。Rodewald强调道，“我们的发现证实从多能性造血干细胞开始的层次发育树经典理论对血细胞生成而言是正确的。”研究人员还表示，这种技术也能够被用于除血细胞发育之外的其他研究，例如，应用于追踪白血病和其他癌症起源相关的研究。
追踪技术的研发是干细胞研究领域的一大突破，对干细胞研究有着深远的影响，为再生医学技术作出了巨大的贡献。目前，已被应用到医疗领域的干细胞有造血干细胞、间充质干细胞 及iPS细胞，间充质干细胞是来源于人体的一种可以干预神经系统及免疫系统领域的200余种疾病的多能细胞。牙髓干细胞是活性最强的间充质干细胞，提取于儿童乳牙或成人智齿，将其存储于银行，需要时可随时取出使用。