利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明，他們能夠在實(shí)驗(yàn)室中指導(dǎo)人類干細(xì)胞形成新的血管。再生醫(yī)學(xué)的這一里程碑為修復(fù)受損的心臟、腎臟和其他器官帶來了新的希望。
華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)了這個項(xiàng)目。他們的研究結(jié)果發(fā)表在6月10日的《Cell》雜志上。華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)資深作者和教授Hannele Ruohola-Baker說：“無論是心臟病、糖尿病還是自然衰老，我們都會在身體組織中累積損傷。修復(fù)這種損傷的一種方法可能是在需要恢復(fù)健康血液供應(yīng)的區(qū)域推動新血管的形成。生長因子在組織發(fā)育、傷口愈合和癌癥中起著關(guān)鍵作用。通過與細(xì)胞外部的受體結(jié)合，這些分子驅(qū)動細(xì)胞內(nèi)部的變化。幾十年來，研究人員一直試圖將自然生長因子作為再生藥物，取得了一些有限的成功，但由于不精確，許多這些實(shí)驗(yàn)性治療都失敗了。
“我們開始創(chuàng)造定制的蛋白質(zhì)，以非常精確的方式與細(xì)胞生長因子受體結(jié)合。當(dāng)我們在實(shí)驗(yàn)室制造這些分子并用它們處理人類干細(xì)胞時，我們看到不同種類的血管系統(tǒng)的發(fā)育取決于我們使用的蛋白質(zhì)。這是一個全新的控制水平，”Natasha Edman解釋說，她是這項(xiàng)研究的主要作者，也是華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)家培訓(xùn)計(jì)劃的應(yīng)屆畢業(yè)生。
研究人員用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了環(huán)狀蛋白質(zhì)，每個蛋白質(zhì)針對多達(dá)8個成纖維細(xì)胞生長因子受體。他們發(fā)現(xiàn)，通過改變環(huán)的大小和其他蛋白質(zhì)特性，他們可以控制干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室條件下的成熟方式。
所得到的血管網(wǎng)功能成熟。它們形成了管子，被劃傷后會愈合，并像預(yù)期的那樣從周圍環(huán)境中吸收營養(yǎng)。當(dāng)移植到老鼠體內(nèi)時，這些微小的人類血管網(wǎng)在三周內(nèi)就與動物的循環(huán)系統(tǒng)建立了聯(lián)系。
“這項(xiàng)研究表明，可以通過設(shè)計(jì)創(chuàng)造出具有精致生物功能的定制蛋白質(zhì)。這將幫助科學(xué)家了解生物學(xué)，并最終預(yù)防和修復(fù)疾病，”資深作者David Baker說。
“我們決定先專注于構(gòu)建血管，但同樣的技術(shù)應(yīng)該適用于許多其他類型的組織。這開辟了研究組織發(fā)育的新途徑，并可能導(dǎo)致一類新的藥物用于脊髓損傷和其他目前沒有好的治療選擇的疾病，”華盛頓大學(xué)生物工程博士候選人，該研究的主要作者Ashish Phal說。
這項(xiàng)研究是在華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所和干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究所進(jìn)行的，合作者包括紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院、德黑蘭醫(yī)科大學(xué)、耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院、Brotman Baty精密醫(yī)學(xué)研究所和Allen發(fā)現(xiàn)細(xì)胞譜系追蹤中心。
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