細(xì)胞誘導(dǎo)分化是指將未分化或多能性細(xì)胞(如干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞等)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化成已分化或單能性細(xì)胞(如神經(jīng)元、心肌細(xì)胞、胰島素細(xì)胞等)。在細(xì)胞誘導(dǎo)分化過(guò)程中,利用特定的培養(yǎng)條件、外源性生長(zhǎng)因子、化合物和基因表達(dá)調(diào)節(jié)等手段,模擬細(xì)胞在胚胎發(fā)育過(guò)程中所遇到的環(huán)境刺激,從而激活特定的基因表達(dá),使細(xì)胞朝著某種細(xì)胞類型發(fā)育方向轉(zhuǎn)化,最終得到特定的細(xì)胞類型。
1、外部信號(hào)的輸入:細(xì)胞接受來(lái)自周圍環(huán)境的信號(hào),包括生長(zhǎng)因子、激素、細(xì)胞外基質(zhì)等物質(zhì),以及機(jī)械性刺激和細(xì)胞-細(xì)胞相互作用等物理因素。
2、轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控:外部信號(hào)通過(guò)細(xì)胞膜上的受體或細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,進(jìn)入到細(xì)胞核中,調(diào)控特定的轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)和活性,這些轉(zhuǎn)錄因子能夠控制特定基因的表達(dá)。
3、基因表達(dá)的改變:轉(zhuǎn)錄因子激活或抑制特定基因的表達(dá),從而改變細(xì)胞內(nèi)特定蛋白的含量和功能,這些蛋白包括細(xì)胞骨架、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝途徑等。
4、細(xì)胞形態(tài)和功能的改變:基因表達(dá)的改變導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和功能的改變,從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的誘導(dǎo)分化。
注:細(xì)胞誘導(dǎo)分化的成功需要綜合考慮以上各個(gè)環(huán)節(jié),并且需要特定的培養(yǎng)條件、信號(hào)通路和細(xì)胞類型等因素的綜合作用。
舉例:
間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)誘導(dǎo)分化為成骨細(xì)胞:間充質(zhì)干細(xì)胞匯合度達(dá)60-70%時(shí)開(kāi)始誘導(dǎo),更換成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)基(含0.1μM地塞米、50μg/ml抗壞血酸、10mM β-甘油磷酸),每2-3天換液一次。誘導(dǎo)14-21天形成鈣結(jié)節(jié),茜素紅染色并檢測(cè)堿性磷酸酶(ALP)活性。
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