基于干细胞及神经再生的中枢神经系统疾病机理研究与创新技术

2016-05-25

中枢神经系统疾病较难治愈，长期困扰广大患者和医务人员。南通大学神经再生重点实验室卞菁团队在干细胞及神经再生技术方面取得突破性进展，研发了一种快速直接定向诱导鼠胚胎干细胞分化为神经上皮细胞的方法来快速诱导NE细胞替代NSC细胞功能治疗中枢系统损伤，开发了一系列新颖快速有效的神经分化的方法诱导多功能干细胞分化为具有较长自我增殖能力的神经上皮干细胞，并进一步分化为具有较强自我增殖能力的神经胶质前体细胞，以利于进一步细胞移植用来治疗脊髓损伤。未来将围绕药物蛋白在靶点细胞的传输、组织修复与再生、个性化疾病模型及发现确定相关疾病的检测标记物以及进行药物筛选等方向开展研究。

一、创新干细胞及神经再生中枢神经系统疾病新技术

1．发明了快速直接定向诱导鼠胚胎干细胞分化为神经上皮细胞的方法

快速直接定向诱导鼠胚胎干细胞分化为神经上皮细胞的方法是通过向贴壁培养的鼠胚胎干细胞团状克隆中加入含有dorsomorphin与noggin、SB431542和CHIR99021的诱导培养基，诱导鼠胚胎干细胞细胞形成玫瑰花状神经球；随后加入含有bFGF的第二阶段诱导培养基悬浮培养形成悬浮的神经球；最后将神经球消化成单细胞，然后用第三阶段诱导培养基贴壁培养形成具有较长期的自我增殖与更新能力的神经上皮细胞。上述方法摒弃了传统的形成EB方法，缩短了分化时间，而且分化的效率达到95％以上，具有很高的临床应用性。

2．筹建创立了干细胞实验室、干细胞库，创新干细胞分化技术

以南通大学原有神经再生重点实验室为基础，经过中美两国实地考察，购买了符合标准、先进可行的实验仪器，包括蔡司倒置显微镜，并配备了显微操作机械手、先进的图像处理软件和实验材料，组创了神科所全新的干细胞实验室。建立了小鼠、大鼠及人的成体干细胞、骨髓间充质干细胞、胚胎干细胞和诱导多功能干细胞库，并成功开发了一系列新颖快速有效的神经分化的方法，诱导多功能干细胞分化为具有较长自我增殖能力的神经上皮干细胞，进一步分化为具有较强自我增殖能力的神经胶质前体细胞，以利于进一步细胞移植用来治疗脊髓损伤。

另外，卞菁教授在药物蛋白在靶点细胞的传输方面取得阶段性成果。例如，转录因子通常不会从细胞分泌或传输进入周围细胞，以至于阻碍其在治疗人类疾病方面的巨大潜能。在过去十年的科学研究中，研究团队开发了一种新型药物蛋白质传递系统，新型药物蛋白质传递系统具有较强的创新科学研究及重大的临床应用前景，该项科研成果获得2005年美国克利夫兰医院研究生奖学金一等奖，获得2007美国心脏学会第 56 届年度科学会议青年科学家奖。以细胞穿透肽（CPP）为基础的新型蛋白运输系统已经成功地运用于有利于心肌细胞成长发育的重要转录因子 GATA4在心肌体内的传输，并在治疗缺血性心肌病上显示出明显疗效（Bian J，Circulation Research， 2007年）。

二、未来研究重点发展方向

1．组织修复与再生

中枢神经系统疾病治疗的关键在于组织修复与再生。利用细胞通透肽（CPP）为基础的新型蛋白运输系统传输一些重要的转录因子，从而推进细胞体内的重编程，加快治疗效果。例如体内重编程把一些可以不断增殖的心肌成纤维细胞转化为心肌细胞，或者体内的可以不断增殖的星型胶质细胞转化为神经元细胞，诱导体内自身的组织再生。

2．个性化疾病模型及发现确定相关疾病的检测标记物并进行药物筛选

诱导多功能干细胞（iPS）技术的出现在再生医学领域尤其在治疗 1 型糖尿病、神经退行性疾病以及心脏病等疾病上已经变得日益重要。利用新型蛋白质传递系统去传输多因素蛋白用以生成、分化非病毒性iPS细胞，并应用于心肌再生和神经再生，将比当前病毒产生的iPS技术更安全、更容易和更有效。利用非病毒方法重编程病人的体细胞为iPSCs，再进一步分化为神经元细胞或者心肌细胞，用来发现退行性神经疾病或者心脏疾病的相关检测标记物，并进行药物筛选，发现特定的个性化医疗治疗方法。 　　

专家简介

卞菁，南通大学神经再生重点实验室教授，2011年作为引进人才被聘为南通大学神经再生重点实验室教授，一直从事干细胞与再生医学的研究与教学工作。近十年来，卞菁教授在生物医学工程干细胞生物学以及分子生物和细胞生物学领域进行科学研究，从事干细胞及神经再生在疾病机理研究与药物筛选方面的应用研究，并在开发新型药物蛋白质传递系统取得重要成果。