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在干细胞研究中使用小分子的五个理由

干细胞的特点就是能分化为不同的功能细胞,以及自我复制能力。多能干细胞 (PSC),例如胚胎干细胞 (ESC),能分化为几乎所有类型的人体细胞。体细胞(成年细胞),例如成纤维细胞,也可以重编程以产生诱导多能干细胞 (iPSC)。

通常而言,体细胞重编程和 PSC 分化为终末谱系是通过外源性基因表达实现的,具体途径为逆转录病毒基因转移。这种方法效率不高,需要数周时间才能得到较少数量的细胞。此外,病毒载体必须进行谨慎选择和测试,因为它们有可能将遗传物质或变异基因引入细胞染色体,导致肿瘤发生。

相比这类方法,使用小分子试剂进行细胞的重编程和分化,以及培养基中的细胞维持和增殖,具有多项优势:

小分子性价比高、速度快、使用方便

相比外源性基因表达法,小分子能在几小时内发挥作用,大幅降低细胞重编程和分化所需的时间。例如,一种小分子鸡尾酒试剂,包括 SB 431542 (目录编号 1614)、 LDN 193189 (目录编号 6053)、XAV 939 (目录编号 3748)、PD 0325901 (目录编号 4192)、SU 5402 (目录编号 3300)和 DAPT (目录编号 2634) ,已被发现能在 16 天内将 iPSC 分化为功能性皮层神经元(Qi 等人,2017)。

小分子通过合成方法生产

小分子由化学方法生产,而不像生产因子这类蛋白质通过生物方法生产。因此,小分子试剂纯度较高,批次间差异较小,在进行干细胞培养时,可确保实现一致的作用过程和可复现的结果。

小分子具有细胞通透性和可调控性

小分子可透过细胞膜,因此可用于靶向细胞间信号通路,且同时适用于体内环境及体外细胞培养。小分子的作用与浓度相关,因此可用于不同的研究方案,得到不同的结果。例如,CHIR 99021 (目录编号 4432)既能以 20 µM 的浓度用于将成纤维细胞转分化为神经元(Li 等人,2015),也能以 3 µM 的浓度用于维持鼠 ESC 数量(Kolodziejczyk 等人,2015)。

小分子具有良好的时间可控性

由于小分子的作用速度快,而且可逆,因此在靶向一种或多种蛋白质时,可以做到良好的时间控制。在某些研究中,小分子的作用被限于特定的时间段,因此这项优势尤为重要。

小分子安全可靠

外源性基因表达使用病毒载体,有可能引入不需要的遗传物质,而小分子试剂非动物来源,避免了这种可能性。鉴于 iPSC 细胞疗法的治疗前景,小分子的安全性是非常重要的。

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