新干细胞类型的发展可能导致再生医学的进步

早期胚胎中的细胞具有一系列独特的多能性程序，所有这些程序都赋予细胞在体内创造各种组织类型，研究负责人、分子生物学助理教授吴军博士解释说。以前的大量研究集中在开发和表征“naïve”胚胎干细胞(小鼠受精后约4天)和“启动”外胚层干细胞(小鼠受精后约7天，胚胎植入子宫后不久)。

然而，Wu说，在获得和表征存在于这两个阶段之间的多能干细胞(PSCs)方面几乎没有进展，这主要是因为研究人员还没有能够开发出一种范式来维持细胞处于这种中间状态。处于这种状态的细胞被认为具有独特的特性:能够促成种内嵌合体(包含来自同一物种不同个体的细胞的混合的生物体)或种间嵌合体(包含来自不同物种的细胞的混合的生物体)，并且能够在培养中分化成原始生殖细胞，即精子和卵子的前体。

在这项研究中，研究人员成功地从小鼠、马和人类中创建了中间PSCs，他们将其命名为“XPSCs”;Drs。吴军、于乐倩、魏玉磊及其同事从小鼠、马和人身上分离出一种新型多能干细胞(XPSCs)，这种干细胞能够产生嵌合体和生殖细胞前体。XPSCs可以帮助保护濒危动物物种和推进不孕症治疗。

Wu说，这些结果最终可能导致基础研究和应用研究的一系列进步。例如，观察来自不同物种和种间嵌合体的XPSCs的基因活性可以帮助研究人员了解哪些特征在进化中被保存下来。研究嵌合体中细胞之间的交流可能有助于科学家确定可以用于加速移植干细胞组织和器官发育的策略。使用嵌合体衍生的原始生殖细胞来创造精子和卵子可以帮助保护濒危动物物种，并促进不孕症的治疗。

”这些XPSCs具有巨大的潜力。我们的研究为这些可能性打开了大门。”吴说，他是弗吉尼亚默奇森林西克姆医学研究学者。

Wu指出，开发XPSCs提出了一个特殊的挑战，因为保持naïve PSCs处于稳定状态的条件与稳定引物PSCs的条件完全相反。虽然naïve PSCs的培养条件必须激活WNT细胞信号通路并抑制FGF和TGF-ß通路，但维持引物PSCs的条件必须抑制WNT并激活FGF和TGF-ß。

为了寻找XPSC衍生的首选环境，Wu和他的同事们将早期小鼠胚胎中的细胞放入含有激活所有三种途径的化学物质和生长因子的培养物中。这些实验室培养的细胞在培养中非常稳定，并且能够在大约两年的时间里不进一步生长而繁殖。

额外的实验表明，这些细胞达到了研究人员长期以来努力达到的期望，即促成嵌合体并直接分化为原始生殖细胞。Wu和他的同事们通过将不同毛色小鼠的细胞注射到早期小鼠胚胎中，制造了小鼠的种内嵌合体。他们还追踪了XPSCs的贡献，方法是用荧光蛋白标记这些细胞，然后在产生的后代的身体中识别它们。

Wu的研究小组将马的XPSCs注射到早期小鼠胚胎中，并让胚胎在小鼠体内发育几天，从而制造了种间嵌合体。令人惊讶的是，尽管马的妊娠期相对较长——近一年——但研究人员发现这些外来细胞对小鼠器官发育有贡献，这表明来自小鼠细胞的信号决定了器官发育的时间线。

与来自其他物种的XPSCs一样，这些人类细胞表明，如果培养条件允许，它们能够分化成各种组织，并在培养皿中直接形成原始生殖细胞。

为这项研究做出贡献的其他UTSW研究人员包括Yu Leqian, Yulei Wei, Carlos A. Pinzon Arteaga, Masahiro Sakurai, Daniel A. Schmitz, Canbin Zheng和Emily D. Ballard。于和吴是这项工作的专利申请的发明人。

该研究由德克萨斯州癌症预防与研究所(CPRIT No. 1)资助。哈蒙再生科学与医学中心，广东省基因组读写重点实验室(No. 2017B030301011)，旭旭玻璃基金会。