科学家发现小分子鸡尾酒可以改善干细胞在研究和疾病治疗中的使用

从理论上讲，人类多能干细胞是一种可以永远生长的细胞，是大脑、肾脏和心脏细胞等特化细胞取之不尽的来源。但是干细胞很敏感，它们在医学上的潜在用途受到在细胞培养皿中生长的压力的阻碍，这会破坏它们的DNA并导致细胞死亡。

在一系列实验中，由Ilyas Singeç，医学博士，NIH国家先进转化科学中心(NCATS)干细胞翻译实验室主任领导的科学家们，使用高通量筛选系统地测试了数千种化合物和药物，以确定一种独特的组合，极大地提高了干细胞存活率，减少了细胞培养压力。Singeç和他的合作研究人员描述了他们是如何开发这种名为CEPT的鸡尾酒的，以及它的潜在应用自然方法．

“小分子鸡尾酒保护细胞，使干细胞的使用更可预测和有效。在防止通常发生的细胞压力和DNA损伤时，我们避免了细胞死亡，提高了存活细胞的质量，”Singeç说。“这种鸡尾酒将成为干细胞领域的广泛应用，并促进干细胞在研究和临床中的应用。”

诱导多能干细胞来源于重新编程的皮肤或血细胞。为了提高它们在培养中的存活率，Singeç和他的团队最初测试了来自NCATS收藏的1.5万多种美国食品和药物管理局批准的药物和实验性小分子化合物。在能够抑制ROCK(一种参与干细胞应激的激酶酶)活性的20种药物和化合物中，他们发现化合物Chroman 1在提高细胞存活率方面比广泛使用的化合物Y - 27632更有效。

为了进一步提高细胞存活率，Singeç和他的同事们利用NCATS的基质药物筛选能力，寻找Chroman 1与其他药物和化合物之间的潜在协同作用。基质药物筛选使研究人员能够研究药物组合的效果，并确定这些药物起作用的可能机制。研究人员发现了一种正在研究的药物Emricasan，当它与Chroman 1结合使用时，可以为提高干细胞活力提供额外的支持。

据Singeç报道，干细胞生物学的一项重要工作是被称为单细胞克隆的实验过程。虽然大群体培养干细胞更容易，但单细胞克隆——在细胞培养板的一个小孔中一次培养一个细胞——对细胞的压力很大，效率也很低。该过程在基因编辑和建立细胞系方面具有重要应用，细胞系是由单个细胞培养而来的细胞培养物。

在最初的筛选工作中，研究小组在平板井中一次测试了药物和化合物对500个干细胞的保护作用。为了模拟在单细胞克隆过程中看到的细胞压力，研究人员随后开发了一种新的测定(测试)，使他们能够一次检查超过7500种化合物对10个细胞的影响。

该测试导致了第三种化合物trans-ISRIB的鉴定，即使在每个培养皿中细胞很少的情况下，它也能提高细胞的存活率。额外的实验表明，一种叫做多胺的化合物的混合物——与Chroman 1、Emricasan和trans-ISRIB结合——被证明最适合单细胞克隆。

NCATS代理主任Joni Rutter博士说:“细胞需要正确培养，而且它们必须具有良好的质量才能进入患者体内。通过找到保护干细胞免受损伤的新方法，这些结果最终可能对许多不同的疾病产生广泛的影响，包括癌症、阿尔茨海默病等。”

研究小组进行了一系列实验来测试这种鸡尾酒的有效性。例如，研究人员表明，CEPT改善了干细胞的生物库，即冷冻保存，这涉及到冷冻细胞，通常对它们来说压力很大。冷冻保存是将干细胞带到临床的关键，但在解冻过程中，大量细胞会丢失或损坏。鸡尾酒极大地改善了这一过程。

在另一项测试中，研究人员研究了鸡尾酒对已经分化为心脏细胞、运动神经元和其他细胞类型的iPSCs的使用。他们发现，这些经过CEPT处理的分化程度更高的细胞也更有活力，并表现出更好的功能。Singeç还指出了鸡尾酒在组织工程和各种细胞类型的生物制造中的潜在用途，用于再生医学和药物开发。

Singeç表示:“在过去的20年里，我们一直无法在最理想的条件下培养人类干细胞。”“我们的方法可以提高安全性，并确保下一代干细胞系在进入临床之前得到高质量的培养。”

这项研究部分由NIH共同基金的再生医学项目资助，部分由NCATS校内研究项目资助。