公告/发布日期:2013/03/19

米乐m6官方网站 开发了一种可以在活着时可视化人类 iPS 细胞的探针

-在检查细胞状态的同时实现高效培养-

积分

  • 使用凝集素探针 rBC2LCN 可视化并有效检测存活的人类 iPS 细胞
  • 发现 rBC2LCN 与称为 H 型 3 的 O 型糖链结合
  • 它也有望应用于安全的再生医学技术,从移植细胞中去除导致肿瘤的残留人类 iPS 细胞

摘要

独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕](以下简称“AIST”)干细胞工程研究中心[研究中心主任浅岛诚]器官发育研究组,研究组组长伊藤雄,糖凝集素工程研究组首席研究员大沼康子,研究组组长平林润,和光纯药工业株式会社首席研究员立野弘明[代表董事兼总裁:小畑真三]试剂开发部试剂部与生命科学研究所合作(以下简称“和光纯药工业”),我们开发了iPS 细胞可可视化活细胞(以下简称“iPS 细胞”)的 iPS 细胞高灵敏度检测凝集素探测rBC2LCN另外,rBC2LCN在iPS细胞的膜蛋白上被称为H型3O型聚糖

 rBC2LCN使得轻松鉴定高质量iPS细胞成为可能,有望提高iPS细胞质量控制和培养的效率。使用 iPS 细胞进行再生医学的问题之一是,用于移植的细胞中残留的 iPS 细胞可能成为肿瘤形成的一个因素。使用该探针观察并去除残留的 iPS 细胞预计将有助于避免肿瘤形成。

 该技术的详细内容将于2013年3月22日在神奈川县横滨市召开的第12届日本再生医学会全体大会上公布。此外,美国期刊干细胞转化医学

rBC2LCN 的图像有望带来消除肿瘤形成风险的技术
预计rBC2LCN将带来消除肿瘤发生风险的技术

发展的社会背景

 近年来,iPS细胞等人体细胞干细胞的再生医学被寄予厚望,建立一个能够稳定地大量供应iPS细胞并控制其质量的系统非常重要。培养iPS细胞需要有效区分iPS细胞和其他细胞,但迄今为止,存在需要杀死iPS细胞才能对细胞进行染色的方法,以及可以在细胞仍存活时对细胞进行染色但在灵敏度方面不足的方法。未分化标记的发展被强烈渴望。

 此外,世界各地正在努力分化iPS细胞以产生神经细胞和视网膜细胞等各种细胞,并将其用于细胞治疗。另一方面,已知在由iPS细胞分化并移植的细胞中残留的未分化的iPS细胞可以转变为肿瘤。这对iPS细胞在再生医学中的应用构成了重大障碍,迫切需要一种能够有效去除残留iPS细胞的新探针。

研究历史

 AIST的目标是成为干细胞产业化应用的领跑者,特别专注于干细胞分化技术和干细胞标准化。此外,高密度凝集素微阵列的应用通过结合这些技术,我们开发了一种优秀的 iPS 细胞染色探针,可以替代现有的抗体。

 该研究开发是在新能源产业技术综合开发机构(NEDO)(2009-2012年度)的资助以及和光纯药工业(2011年度~)的共同研究资助下,由产业技术研究院和和光纯药工业共同进行的。

研究内容

 通过使用高密度凝集素阵列进行分析,我们发现凝集素的一种 rBC2LCN 是一种特异性结合 iPS 细胞的探针,在本研究中,我们发现 rBC2LCN 对 iPS 细胞和 ES 细胞的活体染色有效。图1显示了rBC2LCN对iPS细胞的活体染色结果。当将红色荧光物质标记的rBC2LCN添加到培养的iPS细胞的培养基中时,可以在iPS细胞还活着时对它们进行荧光染色。该探针几乎没有毒性,可以留在培养基中,从而可以在持续的质量控制下培养 iPS 细胞。该探针也是ES细胞也可以在活着时进行染色,可广泛用于干细胞的质量控制。

iPS 细胞活着时染色的光学显微照片
图 1 iPS 细胞活着时染色的光学显微镜图像
用红色荧光物质标记的rBC2LCN添加到培养基中以可视化iPS细胞。

 我们研究了 rBC2LCN 在 iPS 细胞上结合的分子类型。结果,rBC2LCN 是足萼蛋白上的 O-聚糖结合。 (图2)。此外,O型聚糖中,H型3(Fuca1-2Galb1-3GalNAc)的结构。这些表明 H 型 3 是一种新型 iPS 细胞标记。

rBC2LCN 检测 iPS 细胞示意图
图2 rBC2LCN检测iPS细胞示意图
rBC2LCN 与足萼蛋白上的粘蛋白样 O-聚糖链(H 型 3)结合。

iPS 细胞分化细胞流式细胞仪进行分离实验时,我们能够分离分化细胞和iPS细胞(图3)。即使iPS细胞被再生医学中使用的移植细胞污染,预计通过应用该技术并分离iPS细胞,将有可能防止它们变成肿瘤。

使用 rBC2LCN 的 iPS 细胞分离实验示意图
图3 使用rBC2LCN 的iPS 细胞分离实验

由于rBC2LCN可以使用大肠杆菌大量制备(>80 mg/L),因此从成本角度来看,它有望替代传统抗体用作评估iPS细胞的新iPS细胞探针。

未来计划

 我们计划确认使用 rBC2LCN 去除污染 iPS 细胞的细胞来源的安全性,包括它是否确实导致肿瘤发生。通过产学官合作,我们的目标是在五年内将rBC2LCN技术在医疗领域商业化。此外,和光纯药工业公司计划尽快将rBC2LCN商业化。


术语解释

◆iPS细胞
诱导多能干细胞(诱导多能干细胞)。这些细胞由京都大学 Shinya Yamanaka 教授及其同事开发,含有 Yamanaka 4 因子(OCT3/4SOX2KLF4c-MYC4 基因)引入皮肤和血细胞等细胞中来创建的细胞。人们认为它们有能力分化成构成身体的所有细胞类型。小鼠iPS细胞的建立于2006年报道,人类iPS细胞于2007年建立。与通过破坏受精卵产生的ES细胞相比,ES细胞被认为伦理问题较少,因此受到世界各地的关注,并有望用于多种再生医学。由于这一成果,山中教授及其同事荣获2012年诺贝尔生理学或医学奖。[返回来源]
◆探针
用于检测特定分子或细胞的物质。新发现的rBC2LCN是一种与未分化iPS细胞和ES细胞特异性反应的探针。[返回来源]
◆rBC2LCN
革兰氏阴性菌新洋葱伯克霍尔德菌的凝集素BC2L-C的重组N端结构域使用高密度凝集素阵列进行分析的结果发现,它是一种凝集素探针,与未分化的iPS细胞和ES细胞反应,但与分化的体细胞或小鼠饲养细胞完全不反应。[返回来源]
◆O型聚糖
在糖蛋白的糖链中,这些糖链与蛋白质中的丝氨酸或苏氨酸残基结合。相反,与蛋白质中天冬酰胺残基结合的糖链称为N型糖链。[返回来源]
◆干细胞
一种细胞,既具有分化成除自身以外的特化细胞的能力,而且即使在细胞分裂后也能够产生与自身具有相同特性的细胞。[返回来源]
◆未分化标记
用于区分和评价iPS细胞、ES细胞等未分化细胞的指标。纳诺格、Oct3/4、SSEA3、SSEA4、Tra-1-60、Tra-1-81等是已知的。[返回来源]
◆凝集素微阵列
凝集素是一种识别并结合特定部分糖链结构的蛋白质。源自植物的凝集素早已为人所知并用于研究,但许多凝集素也存在于动物和微生物中,并参与发育、分化、免疫、癌变和感染等广泛的生命现象。凝集素微阵列是多种凝集素平行固定在载玻片等基材上的阵列。这使得可以大致覆盖添加至糖蛋白的糖链的结构。最近,出现了使用凝集素阵列作为细胞区分系统的运动,因为细胞在分化和癌变时会显着改变表面糖蛋白和糖脂的糖链结构。同时,它作为癌症标志物发现的工具也非常有用,并且已经发表了一些结果。[返回来源]
◆ES细胞
胚胎干细胞(胚胎干细胞)。这些细胞是由囊胚阶段的内细胞团产生的,理论上说它们具有分化成构成身体的所有细胞的能力。[返回来源]
◆足萼蛋白
一种 1 型膜蛋白,具有 5 个 N 型糖基化位点、3 个糖胺聚糖附着位点和众多 O 型糖基化位点。计算的分子量为 55 千道尔顿 (kDa),但这次表观分子量超过 200 kDa,表明它是高度糖基化的。该蛋白最初发现于肾小球上皮细胞(足细胞)中,但也发现它在人 iPS/ES 细胞中高表达。[返回来源]
◆分化细胞
形成各种器官和器官的特殊细胞,例如皮肤细胞和心肌细胞。[返回来源]
◆流式细胞仪
一种设备,将特定波长的激光束照射在细胞等小物体上,并根据物体发射的荧光是否存在对它们进行分类。[返回来源]

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