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.     

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.     

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.     

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。     

The past,present and future of bovine pluripotent stem cells: a brief overview

Although the pursuit of bovine embryonic stem cells started more than 26 years ago for the purpose of gene-targeting, true pluripotent stem cells in this economically important species are still elusive. With the rapid advances in genome-editing and cloning using homologously recombined somatic cells, the need for pluripotent stem cells for precise genetic modification in any species became questionable. With the pig being the better model for human regenerative biology, the identification of the commonalities and uniqueness of the pluripotency circuitry across mammalian species may be the main objective for studying pluripotent stem cells in the bovine.     

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。     

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。     

不同来源山羊体细胞重编程效率比较

[目的]检测克隆奶山羊(♀12003)和转基因克隆奶山羊(♂12001)作为供体细胞,对体细胞重编程效率的影响。[方法]采用慢病毒作为载体,携带多能因子来感染正常山羊(g2)、♀12003和♂12001体细胞,统计克隆形成率和碱性磷酸酶阳性克隆率。[结果]与普通山羊(g2)相比,转基因克隆奶山羊耳成纤维细胞的重编程效率低,出现的细胞克隆在传代之前容易分化;克隆奶山羊体细胞与普通山羊体细胞的重编程效率接近,转基因克隆奶山羊(♂12001)的重编程效率极显著低于克隆奶山羊(♀12003)和普通山羊(P0.01)。[结论]转基因克隆奶山羊体细胞可以被重编程为诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs),但效率较低。     

绵羊iPS细胞诱导及转录组学分析

【目的】建立绵羊(Ovis aries)诱导性多能干细胞系,为绵羊转基因育种、应用绵羊诱导性多能干细胞奠定基础。【方法】利用电转将OCT4、SOX2、KLF4、l-Myc、Lin28转染至绵羊成纤维细胞中并诱导培养至有光滑隆起、边缘整齐的细胞克隆,形态学、碱性磷酸酶(AP)染色、免疫荧光染色以及实时荧光定量PCR检测克隆细胞的生物学特性;利用高通量测序技术对诱导0、10、20、30 d的阳性细胞的差异表达基因进行筛选。【结果】克隆细胞中SOX2、OCT4、SSEA-1蛋白免疫荧光染色均呈阳性; OCT4、SOX2、Nanog基因表达量均极显著高于成纤维细胞;0和30 d转录组测序表明,被注释到GO数据库的差异表达基因有9 465个,其中,上调基因6 987个,下调基因2 478个;KEGG分析共有5 773个基因注释到259个通路中,其中,P53信号通路显著富集,且其在干细胞增殖方面起着非常重要的作用。【结论】初步成功建立了绵羊诱导性多能干细胞。     

成年昆明小鼠雄性生殖干细胞的分离培养及其多能性研究

【目的】从成年昆明小鼠睾丸组织中分离具有多能性的雄性生殖干细胞(Male germline stem cells,mGSCs)。【方法】采用机械法和2步酶消化法分离出成年昆明小鼠的精原细胞,经差速贴壁后,培养在小鼠胎儿成纤维细胞(MEF)饲养层上,2周后得到类胚胎干细胞(ESCs)样mGSCs。对得到的mGSCs进行碱性磷酸酶(AP)染色、免疫荧光染色、RT-PCR、体内分化等检测。【结果】mGSCs具有类似ESCs的形态和多能性,AP染色呈阳性,免疫荧光Oct4、Vasa染色呈阳性,RT-PCR检测其表达Oct4、Nanog、Sox2等多能性基因和Vasa、C-kit等生殖细胞的标记基因,在免疫缺陷鼠体内能形成畸胎瘤,组织学检测其可形成包括3个胚层在内的多种类型细胞。【结论】从成年昆明小鼠睾丸分离的精原细胞,在体外培养去分化形成了具有类ESCs生物学特性的mGSCs,mGSCs既具有多能性,也具有生殖细胞的基本生物学特性。     

成体干细胞的可塑性

传统观念认为,成体干细胞只能分化成其自身来源组织的细胞类型。但近年大量的研究表明,成体干细胞可跨系甚至跨胚层分化成在发育上与之无关的其他组织的细胞类型,即具有可塑性。文章对成体干细胞可塑性的研究结果、分化机制、应用前景及需解决的问题等进行了综述。     

电穿孔转染制备绵羊诱导多潜能干细胞条件的优化

为优化获得绵羊诱导性多潜能干细胞(iPS cell)的诱导条件,通过4-D电转染仪,将含有人Oct4、Sox2及Klf4、c-Myc及lin28基因的3个质粒共转染绵羊成纤维细胞,从EH-100、EN-150、CZ-167、CA-137电转程序筛选出适合绵羊成纤维细胞的电转染程序;探讨不同细胞密度、质粒质量浓度、质粒质量浓度比及维生素C对诱导性多潜能干细胞克隆形成的影响。结果表明,采用EH-100电转程序,在细胞密度为5×106 mL-1、质粒质量浓度比为1∶1∶1、质粒总质量浓度为0.1mg·L-1、培养液中添加维生素C的质量浓度为0.05mg·L-1时,AP染色阳性(AP+)克隆形成的效率可达到14.0%。说明,优化后的电转染方法和培养方案可有效提高绵羊诱导性多潜能干细胞的制备效率。     

山羊诱导性多能干细胞培养体系的筛选

[目的]使用多种培养成分组合,筛选出一个适合山羊诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)的培养体系。[方法]采用慢病毒作为载体,携带多能因子,采用多种培养成分(培养基、血清和细胞因子)的组合培养山羊i PSCs,优化其培养体系。[结果]用FBS代替KSR可以提高克隆的形成效率以及克隆的质量,而用DMEM/F12代替KNOCKOUT-DMEM,i PSCs克隆的形成效率和克隆质量没有明显的改善。带有β-FGF的培养体系可以保持i PSCs未分化的状态,而培养体系中只加LIF不能维持i PSCs未分化的状态。[结论]该研究成功诱导出山羊i PSCs,且能在体外传代培养。     

骨髓间充质干细胞移植治疗脑缺血的动物实验研究

    探讨骨髓间充质干细胞(MSCs)移植对大鼠脑缺血的修复和治疗.体外分离培养大鼠MSCs,以Hoeschst33342标记,移植到大脑中动脉梗塞(MCAO)模型的大鼠体内,分别设立缺血1 d和缺血7 dMSCs移植组与缺血对照组,对各组大鼠进行神经功能损害严重程度评分(NSS)及大脑组织切片观察比较.结果发现,缺血1 d MSCs移植组大鼠NSS评分低于另外两组,差异显著(P＜0.05),大脑组织结构清晰、完整,胶质瘢痕少;缺血7 d MSCs移植组与对照组无明显差异(P＞0.05).故缺血早期进行MSCs移植,大鼠神经功能恢复情况明显.MSCs在损伤后的脑组织内能够存活并且分化为神经元、胶质细胞等,对动物神经损伤后组织重建及功能恢复有一定的治疗作用.     

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     

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.     

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。     

白消安注射法建立昆明小鼠精原干细胞移植受体模型

【目的】通过对6周龄昆明小鼠腹腔内单次注射不同剂量的白消安来制作精原干细胞移植受体模型。【方法】将104只昆明小鼠随机分成4组,分别注射0(对照组,注射等量的白消安溶解液二甲基亚砜(DMSO)),10,20和30mg/kg白消安,于注射白消安后5,7,9,11和13周记录小鼠的死亡数、小鼠睾丸外观体积、小鼠睾丸质量和小鼠体质量,计算睾丸指数;通过组织学观察注射不同剂量白消安后小鼠曲细精管精子的恢复情况,并检测受体小鼠血液中红细胞和白细胞数量的变化。【结果】注射0(对照组),10,20和30mg/kg白消安13周后,小鼠死亡率分别为0(0/22),11.54%(3/26),17.86%(5/28)和89.29%(25/28)。10mg/kg白消安组小鼠的睾丸指数在注射后5,7和9周显著小于对照组(P0.05),而在注射后11和13周,与对照组差异不显著(P0.05);在注射后不同时间,对照组和10mg/kg白消安组的睾丸指数均显著高于20mg/kg白消安组(P0.05)。在注射白消安5,7,9,11和13周后,对照组曲细精管上皮无变化;10和20mg/kg白消安组有完整精子发生的曲细精管占总曲细精管的百分比分别为(49.56±8.23)%,(66.61±6.13)%,(80.24±10.42)%,(93.87±3.23)%,(92.49±4.58)%;(8.73±9.22)%,(9.89±6.39)%,(29.21±12.31)%,(49.64±3.59)%和(81.99±4.98)%。受体小鼠红细胞和白细胞数量均随着处理时间及白消安处理剂量的变化而变化。【结论】腹腔内注射20mg/kg白消安小鼠的死亡率、睾丸指数均较低,中空的曲细精管数量多,且恢复较慢,适于做精原干细胞移植的受体,合适的移植时间是白消安处理后5~7周。     

奶山羊骨髓间质干细胞的分离培养及生物学特性研究

【目的】分离、培养奶山羊骨髓间质干细胞(MSCs),探讨其生物学特性,为心血管、神经退化,尤其是不育症患者的细胞移植治疗及相关细胞发育分化研究奠定基础。【方法】采用贴壁培养法进行MSCs的分离和培养,通过形态学观察、生长曲线测定、免疫细胞化学染色和RT-PCR技术等进行检测;并采用免疫细胞化学法对自发分化的细胞及定向诱导分化的神经样细胞、心肌样细胞、生殖样细胞进行检测,计算生殖样细胞的阳性率。【结果】分离得到的MSCs为成纤维样细胞,其增殖能力强,无致瘤性,已连续传代至22代;其表达胚胎干细胞(ESCs)的表面标记Oct4、Nanog、C-myc和TERT;MSCs形成类胚体自发分化的细胞表达3胚层特异标志基因AFP、β-ⅢTubulin和心肌α-actin;MSCs经β-巯基乙醇诱导,定向分化为表达Nestin和β-ⅢTubulin的早期神经样细胞,经5-氮胞苷(5-Aza)诱导,可定向分化为表达CT3及心肌α-actin的心肌样细胞,并出现肌管样结构,经维甲酸(RA)诱导,分化的细胞表达生殖细胞减数分裂前期的蛋白Vasa、Scp3和CD49f(α6整合素)等生殖细胞标记,其阳性率分别达到35.7%,24.0%和14.0%。【结论】自奶山羊骨髓分离得到MSCs,其具备间质干细胞的基本特性,并具有向神经细胞、心肌细胞、生殖细胞分化的潜能。