Porcine pluripotent stem cells: progress,challenges and prospects

Pluripotent stem cells (PSCs) are characterized by their capacity for high self-renewal and multiple differentiation potential and include embryonic stem cells, embryonic germ cells and induced PSCs. PSCs provide a very suitable model for the studies of human diseases, drugs screening, regenerative medicine and developmental biology research. Pigs are considered as an ideal model for preclinical development of human xenotransplantation, therapeutic approaches and regenerative medicine because of their size and physiological similarity to humans. However, lack of knowledge about the derivation, characterization and pluripotency mechanisms of porcine PSCs hinders progress in these biotechnologies. In this review, we discuss the latest progress on porcine PSCs generation, evaluation criteria for pluripotency, the scientific and technical questions arising from these studies. We also introduce our perspectives on porcine PSC research, in the hope of providing new ideas for generating naive porcine PSCs and animal breeding.     

Progress,problems and prospects of porcine pluripotent stem cells

Pluripotent stem cells (PSCs), including embryonic stem cells (ESCs) and induced PSCs (iPSCs), can differentiate into cells of the three germ layers, suggesting that PSCs have great potential for basic developmental biology research and wide applications for clinical medicine. Genuine ESCs and iPSCs have been derived from mice and rats, but not from livestock such as the pig—an ideal animal model for studying human disease and regenerative medicine due to similarities with human physiologic processes. Efforts to derive porcine ESCs and iPSCs have not yielded high-quality PSCs that can produce chimeras with germline transmission. Thus, exploration of the unique porcine gene regulation network of preimplantation embryonic development may permit optimization of in vitro culture systems for raising porcine PSCs. Here we summarize the recent progress in porcine PSC generation as well as the problems encountered during this progress and we depict prospects for generating porcine naive PSCs.     

牛诱导性多能干细胞向心肌细胞的诱导分化

【目的】研究牛诱导性多能干细胞(Bovine induced pluripotent stem cells,biPSCs)向心肌细胞的分化能力。【方法】将biPSCs悬浮培养制备类胚体,采用类胚体介导体外自由分化与定向诱导分化(添加RA、DMSO和RA+DMSO3种诱导物)的方法,使biPSCs在体外分化,比较了biPSCs在3种不同心肌诱导条件下定向分化为心肌细胞的诱导效率;分别提取biPSCs、类胚体及不同诱导体系分化细胞的总RNA,用RT-PCR检测心肌细胞发育标志基因的表达。【结果】biPSCs在悬浮条件下培养7d,能够形成典型球形和囊腔样类胚体。类胚体再贴壁培养7d,经过免疫细胞化学检测,贴壁细胞大量分化为α-actin阳性的心肌样细胞。在体外诱导分化体系中,RA+DMSO共同诱导的效率较RA和DMSO单独诱导显著增高(P0.05)。RT-PCR结果显示,各组分化后的细胞中心肌细胞发育特异性基因ACTA2与GATA4均有高水平表达。【结论】biPSCs在体外悬浮培养能够形成类胚体,类胚体贴壁培养后可以分化为α-actin阳性的心肌样细胞;分化形成的心肌样细胞均表达心肌特异性基因。     

Reprogramming of the pig primordial germ cells into pluripotent stem cells: a brief review

Primordial germ cells (PGCs) are regarded as unipotent cells that can produce only either spermatogonia or oocytes. However, PGCs can be converted into the pluripotent state by first dedifferentiation to embryonic germ cells and then by reprogramming to induce them to become pluripotent stem cells (iPSCs). These two stages can be completely implemented with mouse cells. However, authentic porcine iPSCs have not been established. Here, we discuss recent advances in the stem cell field for obtaining iPSCs from PGCs. This knowledge will provide some clues which will contribute to the regulation of reprogramming to pluripotency in farm species.     

多能干细胞来源的肝细胞诱导分化及其应用研究进展

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)和诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)是一类具有多能性和自我更新能力的多能干细胞,这些细胞具有无限增殖能力,并有潜能分化为机体三胚层所有类型的细胞。多能干细胞来源的肝细胞能够作为肝细胞的替代物应用于体外药物筛选和肝脏疾病的治疗。文章对多能干细胞向肝细胞的诱导研究、多能性干细胞来源肝细胞的鉴定方案研究及其在药物筛选和疾病治疗方面的研究进行了综述分析,并对未来的研究方向进行了总结与展望。     

牛原始生殖细胞的分离与培养

从4～15周龄的牛胎儿生殖嵴中分离得到牛原始生殖细胞,以STO(一种建系的小鼠胎儿成纤维细胞)及MEF(小鼠胎儿成纤维细胞)为饲养层抑制分化培养,其中1个细胞系传至4代。研究发现,STO较MEF更有利于牛类EG细胞的分离与培养,体长小于5cm的胎儿适合牛EG细胞分离与克隆。同时观察到这些细胞在体外进行自发性分化,可形成上皮样细胞、神经样细胞和成纤维样细胞。     

胚胎干细胞与胚胎生殖细胞

胚胎干细胞与胚胎生殖细胞同属于胚胎源的多潜能干细胞。胚胎干细胞是从附置前胚胎内细胞团分离而来的,而胚胎生殖细胞来自胎儿原始生殖细胞。二者在现代生命科学的各个领域都有着广阔的应用前景。对胚胎生殖细胞的特性,胚胎干细胞与胚胎生殖细胞的异同以及二者的应用前景作一综述。     

诱导性多能干细胞的研究及应用

自从小鼠的胚胎成纤维细胞和鼠尾成纤维细胞重编程成为诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPSCs）以来,iPS的研究成了干细胞研究领域的热点。与胚胎干细胞相比,iPS细胞有操作简便和高稳定性等优点可以应用于,如创建人类疾病的遗传模型,培育转基因动物用于器官移植,改善动物生产性状和抗病性,以及生物制药等领域。另外,iPSCs的产生对于解决长期以来干细胞研究领域的伦理问题和免疫排斥问题有巨大的意义,iPS结合基因治疗和细胞移植疗法的成果已经应用到了动物疾病模型上。iPS细胞技术给病人特定细胞治疗和基因针对性药品研制带来了巨大的前景。此外,该技术也提供了iPS细胞重编程机制和人类疾病的病理过程研究的新平台。然而,现阶段多能干细胞的研究只是开辟了一个新的领域,iPS技术要应用于临床还有很多工作要做。本文主要针对iPSCs的研究现状与应用前景进行讨论。     

胚胎干细胞诱导分化研究进展

哺乳动物胚胎干细胞一般可从胚胎囊胚内细胞团分离得到 ,具有在体外保持不分化的无限增殖能力 ,在合适的培养条件下 ,胚胎干细胞可定向诱导分化形成多种细胞类型。人们对胚胎干细胞进行体外培养与定向分化可以得到大量同源细胞 ,以应用于患疾病的细胞或器官移植治疗等研究。文章概述了胚胎干细胞增殖与分化的信号调节机制、诱导分化方法 ,国内外研究概况及展望 4个方面的内容     

添加物和消化液对牛和小鼠类胚胎干细胞克隆效率的影响

研究了犊牛血清、饲养层、培养液、添加物和消化液对牛和小鼠类胚胎干细胞克隆效率的影响。结果表明 ,在 2 4h内使小鼠胚胎贴壁率达 86 %以上的犊牛血清可用于小鼠和牛胚胎干细胞的分离和克隆 ;在 ES细胞培养液中 ,犊牛血清体积分数以 15 %～ 2 0 %为宜 ,在 DMEM(L )培养液中添加 0 .1μm ol/ L Na2 Se O3+0 .1mm ol/ Lβ-巯基乙醇 +10 ng/ m L IGF+10 0 0 ng/ m L L IF,能显著提高牛 ES细胞分离与克隆效率 ;低糖 DMEM比TCM199和高糖 DMEM更适宜于牛 ES细胞的分离。优秀胚胎形成的团状 ICM更适宜于分离与克隆 ES细胞 ,在37℃用低体积分数消化液处理 ICM或 ES细胞集落 ,再以机械将其离散为细胞小块 ,ES细胞克隆效率最高     

鸡胚胎干细胞单细胞克隆制备方法的比较

提取鸡X期胚盘细胞,体外培养传至第3代,采用口吸管法、细胞稀释法及克隆环法将细胞集落分离成单个细胞,并将其接种至96孔板上,每孔1个细胞,采用细胞化学法和免疫荧光法检测细胞表面标志物,探讨鸡胚胎干细胞单细胞克隆制备的实际操作的可行性,并对其生物学特性进行鉴定.结果表明:口吸管法、克隆环法、细胞稀释法克隆率分别为0、1.0%、4.2%.3种方法相比较,细胞稀释法具有操作简单易行、实验时间短、对细胞伤害小等优点,经碱性磷酸酶活性和阶段特异性表面抗原1免疫荧光鉴定均呈阳性,扩增出的克隆能稳定增殖且不分化.     

胚胎干细胞体外定向诱导分化研究进展

胚胎干细胞是由早期内细胞团分离的一种多潜能细胞 ,在体外分化抑制培养时 ,可保持未分化状态而无限增殖。一旦撤除分化抑制因素 ,或添加适当的诱导剂 ,ES细胞可分化为内胚层、中胚层和外胚层的多种类型的特化细胞。文章综述了体外定向诱导 ES细胞分化为造血细胞、心肌细胞、神经细胞、脂肪细胞、胰岛细胞、内皮细胞、上皮细胞、成骨细胞、软骨细胞和黑素细胞等的途径和方法。     

山西玉米产业现状与发展思考

目的研究能快速准确测定玉米种子活力的技术方法。方法采用3个年份生产的杂交玉米种子,玉米种胚经四唑染色后,利用数码显微镜 (Smart Zoom 5) 拍照和获取四唑染色图像,测定种胚中胚根、胚轴、胚芽和子叶(盾片)结构的染色面积和染色深浅,并与田间出苗率做相关性分析。结果玉米种胚各结构全部染色且颜色深时,种子活力水平与田间出苗率具有显著相关性,其相关系数为1.000;若种胚全部未染色、全部染色浅和只有部分结构染色的种子则与田间出苗率呈显著负相关关系,其相关系数分别为−0.905、−0.921和−1.000。结论玉米种子经四唑染色后,只有种胚结构全部染色且颜色深的种子,在田间才能够出苗,可判定为有活力的种子;而种胚部分结构染色或者全部染色但颜色浅的种子,在田间不能出苗,即为无活力的种子。这一结论可为快速测定玉米种子活力提供新的技术方法和指标,为玉米种子质量检验提供了一种准确、实用、方便和廉价的测定方法,可供种子检验机构和种业公司采用。     

猪胚胎干细胞的分离培养

收集26-27d的猪胚胎分离原始生殖细胞(Primordial germ cells，PGCs)，培养在STO细胞饲养层上生长，形成EG细胞。EG细胞具有干细胞所具有的显著特性，形态，多能性和种系的延续，AKP染色阳性，并能在体外分化；分别将PGCs用三种不同的培养基培养，在形成EG细胞集落的数量和EG细胞分化上有着明显的差距，说明血清的质量和浓度以及细胞因子对干细胞的生成和增殖有着重要的作用。     

小鼠胚胎干细胞单层定向诱导分化为肝样细胞的研究

在建立小鼠胚胎干细胞(ES细胞)无饲养层单层培养体系的基础上,使用丁酸钠(NaB)和表皮生长因子(EGF)作为前期诱导分化剂,诱导分化7 d,再用肝细胞生长因子(HGF)和地塞米松(Dex)诱导分化12 d,建立了体外两步法单层诱导ES细胞分化为肝样细胞的方法,并对诱导分化所得的肝样细胞从形态学、基因表达、蛋白分子标记及细胞功能等方面进行了检测,证明了分化所得细胞为肝细胞,肝细胞分化率为41.67%,为肝细胞来源提供了新的方法。     

山羊类胚胎干细胞的分离、克隆研究

从胚胎发育阶段、饲养层、生长因子等方面对影响山羊胚胎干细胞的分离、克隆的因素进行了研究。结果表明：囊胚期可作为分离山羊胚胎干细胞收集胚胎适宜阶段；小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)和山羊胚胎成纤维细胞(GEF)对山羊类ES细胞分离效果影响不明显；生长因子LIF和SCF配合使用可分离到山羊的类ES细胞，并传至第4代。     

犊牛脂肪干细胞的分离、培养与鉴定

为给奶牛营养代谢病等相关研究提供种子细胞,本试验从犊牛肾周脂肪组织中分离出脂肪干细胞(adipose-derived stem cells, ADSCs),采用组织剪碎法结合0.25%Ⅰ型胶原酶消化法消化、收集原代犊牛ADSCs,通过细胞形态学观察,使用免疫荧光染色法检测第5代ADSCs表面特异性蛋白,并使用CCK-8法测定第5、10代细胞生长曲线,观察第10代细胞的成脂、成骨分化能力。结果显示,分离出的犊牛ADSCs接种4 d后细胞呈成纤维细胞样生长;免疫荧光染色结果显示,分离的细胞Vimentin、CD34、CD44、CD90呈阳性,CD31、CD45呈阴性;该细胞在适当的诱导条件下可以定向分化为脂肪细胞和成骨细胞。本试验分离培养的细胞是犊牛脂肪干细胞,具有成脂、成骨分化能力。     

人类胚胎干细胞研究述评

对人类胚胎干细胞(hESCs)的来源、培养方法、建系条件、生物学特性和鉴定方法、遗传操作及其需解决的问题进行了讨论。提出目前研究的重点在于揭示维持ES细胞多能性和自我更新的机理,进一步优化人类和其他哺乳动物类ES细胞的分离、培养、建系方法,探讨其定向分化机理,建立胚胎干细胞(ESCs)和胚胎生殖细胞(EGCs)的大规模快速扩增技术;完善hESCs向重要功能细胞(生殖细胞)分化的体系;单细胞比对分析ESCs、畸胎瘤细胞(ECSs)、EGCs、类胚体(EBs)、各级生殖细胞和成体细胞的基因及蛋白表达图谱,以探求生殖细胞、成体细胞、ESCs、ECSs、EGCs的本质区别,积极开展将ES细胞用于治疗人类疾病模型的研究。