造血干细胞归巢记中国科研团队攻克世界级科学难题

No Comments

造血干细胞归巢记中国科研团队攻克世界级科学难题

造血干细胞归巢

铅细胞(玫瑰红)引导造血干细胞(红色)归巢到血管微环境中

去年11月,42岁的中国科学院上海营养与健康研究所研究员、中国科学院大学博士生导师潘伟君迎来了他研究生涯的“亮点”时刻。他领导研究小组6年,破解了公认的世界级科学难题,在世界上首次揭示了新生造血干细胞在活体中归巢的全过程,并发表在国际学术期刊《自然》上

《自然》杂志的高级编辑和组长娜塔莉·勒博特(Natalie Le Bot)说:“他们的研究历史上第一次揭示了造血干细胞是如何在活体中归巢的。” 中国科学院院士、中国科学院上海生命科学研究所所长李林告诉记者,“这一由中国科学家独立完成的原创性成果,是研究活体中细胞命运可塑性的成功尝试,在生命科学研究领域具有广泛的借鉴意义。 “

令人惊讶的是,取得这一成就的研究团队的平均年龄只有27.2岁 在11月举行的结果发布会上,潘伟君宣布了他预先计算的数字,并自豪地展示了这张充满微笑和活力的合影。“请看,这是我和我的90后一代!”

在接受《中国青年报》和《中国青年报》记者采访时,潘伟君说,有这样一群90后在他身边是非常令人欣慰的。“学术研究本身就是一个难忘的过程。它的本质是对未知的世界感兴趣。即使它改变了一百次,它仍然有勇气、毅力和冷静。” 这些年轻人有这些品质 “

共聚焦显微镜观察体内造血干细胞归巢

凤凰号只有回到它居住的飞机树上才能完成它的使命。

当它进入上海营养与健康研究所的潘伟君实验室时,它首先会看到彩色纸条,黄色纸条表示实验鱼的出生日期,红色纸条表示“更多喂养”,白色纸条表示实验数据。在这些令人眼花缭乱的记录中,有一个关键词离人们的生活不远:造血干细胞

所谓造血干细胞是指血液系统中的“祖细胞”,或“通用细胞” 神奇之处在于造血干细胞具有自我更新能力,可以分化成各种类型的细胞,如红细胞、白细胞、血小板等。因此,它们被广泛用于治疗疾病,如血液、免疫和肿瘤。

Jing Naihe,中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员,中国科学院大学博士生导师,告诉记者造血干细胞是第一批用于临床治疗的干细胞 白血病就是一个典型的例子。这种疾病的大部分原因可以追溯到造血功能障碍。随着干细胞移植技术的不断发展,白血病不再被认为是每个人都害怕的“血癌”。

然而,所有这一切的前提是造血干细胞的正确“归巢”。

所谓的“归巢”是指造血干细胞在循环中游走以寻找最合适的微环境的过程。只有当干细胞找到它们的“家”时,它们才能有效发挥它们的功能。 潘伟君做了一个类比,“就像凤凰号只有回到它居住的飞机树上才能行使它的使命和功能。” “

然而,在科学上,造血干细胞是如何回到它们的巢穴的,却知之甚少。

Jing Naihe说,骨髓移植通常从骨髓捐赠者那里获得数千万个细胞,其中大约有数百万个造血干细胞,而实际上很少的造血干细胞成功返回巢中,客观上造成了一定程度的细胞浪费

研究人员观察斑马鱼

换句话说,一旦你理解了造血干细胞的“归巢”过程,你就不再需要提取这么多细胞,这可以大大提高骨髓移植的效率

因此,当复旦大学附属华山医院血液学副教授陈彤第一次听到造血干细胞归巢的消息时,“真是一个巨大的惊喜。”她希望研究结果能尽快应用于临床实践。“试点细胞可以为造血干细胞的归巢打开大门,这表明造血干细胞移植的成功率在未来的临床实践中可能会大大提高。 “

这也是潘伟君团队想研究这个问题的原因

如果你只关注热点,那只不过是再次确认他人的重要性。

目标很明确:清楚地知道“凤凰”造血干细胞的“归巢”路线,以及它们的居住地点和时间规则。

困难在于造血干细胞“回家”是一个有相当长时间的生命过程,空。现有的生物研究系统很难从宏观和微观两个层面分析这一过程。

用潘伟君的话说,显微镜只能解决“微观”问题,但生物体的生命过程是一种宏观现象。如何解决这个问题?

“这就像上海人民广场的交通堵塞一样。在人民广场安装两台摄像机是解决不了的。相反,有必要使用卫星和其他手段来持续监控周围的交通状况。获得宏观数据后,重点关注交通拥堵的关键领域并研究对策。 ”潘伟君打了个比方

他们决定从研究方法开始,放弃传统的研究体系

潘伟君和他的一些90后球员

这是一个全新的研究系统,可以完全分析造血干细胞在体内的整个归巢过程。潘伟君的团队率先使用变色荧光蛋白——建立造血干细胞标记系统。在高分辨率共聚焦荧光显微镜下,新生儿造血干细胞的整个归巢过程可以从宏观到微观形象地展现出来。

“这很大胆,没有人做过 29岁的博士生薛文志是该研究的合著者,也是潘伟君回国后招募的第一批博士生。 在他出生的时代,造血干细胞的科学研究已经开展,并有许多进展报告。 起初,他和团队的其他成员遵循传统的方法,一次又一次地尝试,但最终他失败了

后来,他叹了口气,“我们正站在巨人的肩膀上寻找新的突破,逐渐得出新的结论,建立我们自己的研究体系。这是一个螺旋过程。” 虽然,这个过程非常坎坷 “

”在科学探索中冒险走一条前所未有的路是不可避免的。 “在潘伟君看来,如果只做继承过去的任务或只追随学术热点,到头来只不过是重新确认他人的重要性,缺乏科学探索的意义。

早年,潘伟君的研究方向特别强调细胞信号转导的分子机制。他只是在后期涉足遗传学和血管生物学研究。他谦虚,对造血干细胞“外行”。但也许是“新生小牛不怕老虎”。从一开始,我们就概述了我们应该有一个宏观的研究视角。这与一些外国实验室的“从局部角度推断整体”的概念最大的不同。 “

他告诉记者,虽然在探索未知的过程中会遇到困难,但只要科学问题的方向没有问题并且符合社会伦理,拥有一定的研究资源和条件,就会有发现新事物的机会。

“这是一个勇敢而有趣的过程 ”潘伟君说

期待已久的结果呈现在我们面前,就像一个追了很久的女孩突然说她也喜欢你

斑马鱼,一种由潘伟君团队选择的脊椎动物。其神经系统、心脏、肾脏和主要造血组织与人类非常相似,其胚胎透明且易于观察。 潘伟君带领一个科学研究小组分析了造血干细胞在斑马鱼尾部造血组织和空中的停留时间

最后,研究小组发现造血干细胞有一个归巢的“热点”。造血干细胞从出生时就具有归巢能力,归巢后非常活跃,忙于分化和增殖,不关心在家休息 “

令人惊讶的是,他们还意外地发现了一种新的微环境细胞,并将其命名为“先导细胞”——。这就像去蓝欣大剧院看一场戏,然后先买一张票。如果你迟到,检票员会提前检查车票,并在离开前用手电筒引导你到座位上。 飞行员牢房就像这个检票员。

有些人将这些成就描述为造血干细胞“回归”的高清“直播”。 然而,对于这场“现场”戏剧,研究人员搭建舞台并训练演员长达6年,其后是大量的统计、计算、造血干细胞的位置和时间分析以及无数的日日夜夜。

正如娜塔莉·勒博特所说,“这项杰出工作的完成取决于基础研究的长期投资。” ”

最初,潘伟君不确定“路”在哪里,有时他怀疑“他是否太大胆”:那是2014年,当时该团队遇到了使用成像方法分析归航过程的问题,这需要大量的控制和重复实验。

这是一年半了

想起那段时间,薛文志说:“太难了,甚至想放弃!”由于建立成像系统时没有考虑光毒性,实验结果大多是假象。他们总是觉得有些不对劲,挣扎了三四个月才最终决定改善实验条件。

直到2015年才出现转折点 科研小组第一次观察了造血干细胞在体内的行为,眼前的景象“非常生动”

薛文志记得当时整个团队都很兴奋。 经过仔细研究,他们很快发现最新的场景与传统文学中的描述“非常不同”,这让他们更开心。

“当期待已久的结果呈现给你时,就像一个女孩已经追逐了很久。当你告诉她,你会惊喜地听到她也喜欢你。这是一个伟大成就和幸福的时刻。 “在接受中国青年报、中国青年网记者采访时,薛文志给出了这样一个比喻

接下来三年的实验被重复 2017年底,潘伟君的团队向《自然》杂志提交了一篇论文,从提交到收到只用了6个月。

“这种知识只有在中国才能找到”

与90后的一些刻板印象不同,潘伟君对团队中这些年轻人的评价是“非常努力,非常努力”

干细胞是一种非常复杂的小“返校节”行为。研究人员透过仪器和设备看到的不仅是真实的“回家”,也是虚假的“路过”。 90后团队已经剔除了错误,保存了正确,并得出结论,只有那些停留超过30分钟的人才可以被称为“回家”或“回到他们的巢穴”

这需要长时间持续观察 实验进行中,潘伟君和他的三名博士生,即论文的三位合著者李丹彤、薛文志和李梅,有“三班制”:一班负责白天,一班负责从深夜一直盯着凌晨,另一班负责从清晨起床一直盯着太阳看到头顶。”他们一天只睡4到6个小时,甚至全速行走来开动脑筋。”

“我们应该保护他们对科学研究的兴趣和热情,在此基础上建立信心,最终坚定地相信战胜问题。” ”潘伟君告诉记者,就像“领导细胞”一样,导师也有“指导”的意思。——不是代替学生完成一切,而是引导他们独立思考、团结合作,敢于以正确的方式为科学研究而献身。

有趣的是,潘伟君还称他这些年来从未放弃的科学研究过程为“返校节”

他的科学研究经历始于20世纪90年代。在华东理工大学完成本科学业后,他于1999年进入中国科学院上海生物化学与细胞学研究所,自2005年起在美国学习。他先后在耶鲁大学和美国国立卫生研究院做博士后。 2012年,他在7年后回到中国科学院。

迄今为止,潘伟君怀念2012年初回到中国的时光。 那时,他经常反复思考这样一个问题:如果科学研究要进行30年,那么起点应该做些什么?

那一年,他只有36岁

他瞄准了“造血干细胞归巢”的研究 回家后,他的实验室刚刚开始得到支持。 不仅如此,在他领导的90后团队背后,还有一名高级科学顾问。

潘伟君反复对记者说,“这种知识只有在中国才能找到。” “他说,科学研究实际上是无数普通日日夜夜的积累。科学研究人员需要做的是在不断的探索中安定下来并向前迈进。 这需要一个良好的科学研究环境。

他后悔人类的命运、行为和使命经常和细胞有同样的效果。每次一个人进入一个新的环境,就会接触到许多人、许多事物、许多机会、许多知识和信息,并逐渐感受到自己的使命,最终找到一个特定的位置来展示自己的才能。这就像体内造血干细胞群的定向分化,最终形成执行特定功能的成熟细胞,实现生命的“归巢”

潘伟君认为他很幸运,终于在他出生和长大的国家完成了他的“回家”。

本文图片由中国科学院上海营养与健康研究所和中国科学院科技摄影联盟提供

中国青年报,中国青年网记者邱陈晖来源:中国青年报

更多精彩文章,尽在https://www.temiscira.com

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注