2.15: 成体干细胞组织再生

体细胞干细胞在维持和修复多种组织中起着重要作用。这些干细胞，就像它们的亲本胚胎干细胞一样，能够进行几乎无限的自我更新。然而，与可以分化成多种细胞类型的胚胎干细胞不同，体细胞干细胞在发育后期出现，它们的命运仅限于特定器官的细胞。

本视频将介绍组织再生的原理、科学家如何研究体细胞干细胞在损伤后组织修复中的作用，以及使用体细胞干细胞诱导组织再生的一些应用。

让我们首先讨论受伤或损伤后组织再生背后的原则。已在多种组织中鉴定出体细胞干细胞，包括脑、骨髓、骨骼肌、心脏、肝脏和肠道。

一般来说，这种可再生的干细胞来源首先分化成命运限制的祖细胞，然后最终产生功能特化的细胞。一个典型的例子是称为造血的日常生理过程。在这个过程中，骨髓中发现的体细胞干细胞形成血液和免疫系统祖细胞，这些祖细胞进一步分化成各自系统的细胞。

从组织再生的角度来看，在骨骼肌中发现的体细胞干细胞已被证明在组织修复中发挥作用。当肌肉受损时，这些细胞被募集到受伤部位并分化以替换受损细胞。

体细胞干细胞如何知道该开始工作了？当细胞受损时，它们会释放可溶性趋化因子，例如趋化因子，这些趋化因子将体细胞干细胞募集到损伤部位。然后，这些细胞可以分化成目标组织细胞类型。除了提供新细胞的供应外，体细胞干细胞还可以诱导局部变化，例如产生促进伤口愈合的新血管。

内源性体细胞干细胞的再生能力可能并不总是足以修复患病或受损的组织。因此，科学家们正在研究如何使用体外源性体细胞库的递送来治疗此类疾病。

现在您已经了解了组织再生的生物学原理，让我们看一个例子，说明科学家如何分离体细胞干细胞并施用它们来诱导组织修复。使用以下方法，科学家们展示了肌肉干细胞（称为卫星细胞）如何帮助受伤后的组织再生。

首先，从供体小鼠身上解剖骨骼肌，并在解离酶（例如胶原酶）的帮助下消化。接下来，分离卫星细胞，一种方法是将这些细胞与磁珠结合的抗体一起孵育，然后在磁柱上纯化。纯化后，卫星细胞在培养物中生长，随后通过添加分化培养基分化为产肌祖细胞。

同时，通过肌肉注射导致肌肉无力或肌肉萎缩症的毒素来制备受体小鼠。然后将制备的肌原祖细胞注射到营养不良小鼠的骨骼肌中。最终，可以通过免疫组织化学确定供体细胞的成功整合和分化。营养不良表型的功能改善可以通过跑步机测试进行评估。

现在您已经了解了如何在组织再生实验中分离和作体细胞干细胞，让我们看看这类独特细胞的一些下游体外和体内应用。

除了将体细胞干细胞注射到体内动物模型中外，科学家们还在想方设法在体外纵这些细胞的命运。在这个实验中，科学家们首先准备了一个带有锚的培养皿，将干细胞分化为功能性骨骼肌细胞。然后培养干细胞，在胶原蛋白和凝胶基质中混合，并锚定在专门设计的培养皿中。

然后，这些锚定的干细胞通过放置在分化培养基中的电极进行电刺激，这导致功能性、成熟的肌肉结构在体外形成。免疫荧光证实了分化的骨骼肌细胞标志物的表达：肌动蛋白（红色）和肌球蛋白（绿色）。

体细胞干细胞也显示出作为中枢神经系统疾病的潜在再生疗法的前景。在这种方法中，科学家首先从表达绿色荧光蛋白的转基因大鼠胎儿中收获供体神经元组织，并在纤维蛋白基质中用生长因子混合物处理分离的神经元干细胞。然后，将处理过的神经元干细胞注射到受体小鼠的脊髓病变部位。移植的供体细胞显示整合良好并填充了脊髓病变的空腔。

为了更好地了解体细胞干细胞在注射到宿主体内后如何整合到组织中，科学家们开发了一种在注射前在体外对其进行荧光标记的方法。在本实验中，科学家从小鼠骨髓中收获体细胞干细胞，并使用病毒载体系统用不同的荧光蛋白基因稳定转染它们，然后将转导的细胞注射到受体小鼠的尾静脉中。随着时间的推移，从受体小鼠身上收获器官，并使用荧光显微镜来追踪细胞在各种组织中的位置。

您刚刚观看了 JoVE 关于体细胞干细胞的视频。该视频介绍了体细胞干细胞组织再生的原理、如何分离和研究这些细胞，以及它们在再生医学中的潜在应用。由于体细胞干细胞在多种组织的再生中起着如此关键的作用，因此了解调节这类细胞的机制是再生医学的一个活跃研究领域。一如既往，感谢您的观看！