干细胞转化为甲状腺细胞
科学家在老鼠体内培育出能产生激素的甲状腺卵泡
来自波士顿大学再生医学中心（CReM）的达雷尔·科顿和玛丽亚·塞拉。他们与贝斯以色列女执事医疗中心的科学家合作，将干细胞培养成功能正常的甲状腺滤泡，然后将其植入小鼠体内。这项澳门威尼斯人注册网站研究发表在《细胞干细胞》杂志上。Jackie Ricciardi摄
他是波士顿大学（Boston University）的一名干细胞澳门威尼斯人注册网站研究人员，对自己肺培养中任性的甲状腺细胞感到困惑。坐在他旁边的人是哈佛大学的内分泌学家，正在实验室里寻找培育甲状腺细胞的方法。两位科学家达雷尔·科顿（Darrell Kotton）和安东尼·霍伦伯格（Anthony Hollenberg）在2012年的犹太新年晚宴之前从未见过面。但是命运——还有一位聪明的主人——让他们坐在一起，他们立刻一拍即合。
科顿是再生医学中心（CReM）的主任，也是波士顿大学医学院（MED）的医学和病理学教授，他说：“我想我们在整个晚宴上都没有和其他人说过话。”“这是你永远记得的科学时刻之一。在几个小时内，我们必须计划一年的实验。”
这次谈话使Kotton和Hollenberg实验室之间的合作取得了丰硕的成果，因为在随后的几年里，他们的团队找到了一种方法来诱导干细胞生长成工作的甲状腺滤泡。当科学家们将这些卵泡植入没有甲状腺功能的老鼠体内时，移植的细胞产生了足够的甲状腺激素来“拯救”老鼠。这项工作由美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院（NIH）和儿童基金会/美国胸科学会资助，为科学家们提供了一种新的实验室工具来澳门威尼斯人注册网站研究甲状腺，也许有一天会导致基于细胞的再生疗法的发展，用于缺乏甲状腺功能的人。这项澳门威尼斯人注册网站研究发表在2015年10月22日的《细胞干细胞》杂志上。
“每个人都希望这些干细胞完美生长，这样我们就可以再生器官，”该论文的资深作者之一Kotton说。“但首先我们需要知道如何制造它们，以及它们如何在体内发挥作用。这是漫漫治疗之路的第一步。”
每个人的生命开始时都是一个微小的细胞球，彼此无法区分。但在怀孕一两周后，一切都开始改变。在一个被称为分化的过程中，每个细胞开始选择自己的命运，球分裂成三个不同的层。其中一层，内胚层，产生了不同的器官，如肺、肝、甲状腺和胃肠道内壁。
2011年，博士后玛丽亚·塞拉（Maria Serra）加入科顿的实验室，进行一个项目：诱导胚胎干细胞生长成肺组织。在某种程度上，这是有效的：她长出了肺细胞，但甲状腺细胞也不断涌现。“一开始的时候，人们会想，‘嘿，为什么会发生这种事？’”该论文的共同主要作者塞拉回忆道。“但后来我们意识到这真的很有趣。”塞拉知道肺细胞和甲状腺细胞有某些共同的信号通路。她的工作是梳理配方，发现哪些化学成分——或者用生物学家的话说，是生长因子——让一些干细胞长成肺细胞，另一些长成甲状腺细胞。
“干细胞生物学很像烹饪；你改变了一件事，你又增加了另一件事，”该澳门威尼斯人注册网站研究的资深作者之一、贝斯以色列女执事医疗中心内分泌学、糖尿病和代谢科主任、哈佛医学院医学教授霍伦伯格说。“这是非常辛苦和费力的。”
经过多年的反复试验，塞拉发现了一种由六种生长因子组成的“非常复杂的混合物”，可以推动小鼠干细胞向肺或甲状腺方向发展。然后，她一个接一个地把它们从混合物中取出来，看看会发生什么。最终，她找到了完美的配方：两种生长因子（不太诗意地命名为BMP4和FGF2）可以将干细胞转化为甲状腺细胞。“这真的非常非常令人兴奋，”她说。
但Serra生长的甲状腺细胞不成熟，不能表达甲状腺激素。这时，她的同事安妮塔·库曼介入，诱导细胞长成成熟的甲状腺滤泡。一个微妙的观点是：塞拉和库曼发现的生长因子与人体自然使用的生长因子是相同的。Hollenberg说：“他们发现了使干细胞好转的天然配方。”这种自然途径使细胞混合物有更好的机会在哺乳动物体内生根发芽。
但接下来的考验来了。库曼将卵泡植入甲状腺功能不正常的小鼠肾脏。（肾脏的外层，或“胶囊”，为科学家提供了一个方便、封闭、营养良好的口袋，可以放置干细胞并监测它们的生长。）成熟的甲状腺细胞在老鼠的肾脏中生根，形成微小的甲状腺组织口袋，释放出足够的激素来“拯救”老鼠，满足它们的需要。
随后，库尔曼用人类干细胞进行了第一部分实验，并成功地将其培养成未成熟的甲状腺细胞。接下来，科学家们计划将人类衍生的甲状腺细胞植入小鼠体内，看看它们是否也能发挥作用。
Hollenberg说：“起初，我们只是对将这些细胞用作实验室工具感兴趣。”“但现在我们真的很想看看是否可以将其用于人类的治疗。”
然而，Hollenberg警告说，人类治疗还需要几年的时间，因为植入的干细胞可能会生长成肿瘤。他说，尽管如此，这个实验还是很有希望的，因为甲状腺组织在老鼠体内存活了七个月，没有出现任何问题。但在基于细胞的再生疗法用于人类之前，还需要进行更多的安全性澳门威尼斯人注册网站研究。目前，这项工作为试图了解甲状腺功能和在体外测试新药的实验室科学家提供了一个有价值的新工具。
这篇论文的发表对该团队来说是一个苦乐参半的时刻，因为2015年8月，库曼在一场悲惨的自行车事故中丧生。科学家们把这篇论文献给了她，在致谢中写道：“她聪明、博览群书、善良、谦逊，不知疲倦地致力于她的病人、她的甲状腺澳门威尼斯人注册网站研究、她的家人和她的同事，他们非常想念她。”
科顿说：“这两个实验室合作得如此紧密，以至于论文发表的那天实际上是一个悲伤的日子。”“但她的工作很有前途。这是她的遗产，对她来说意义重大。我们将以她的名义继续下去。安妮塔开创的事业将继续下去。”
