在干細(xì)胞研究中使用小分子的五個(gè)理由

干細(xì)胞的特點(diǎn)就是能分化為不同的功能細(xì)胞，以及自我復(fù)制能力。多能干細(xì)胞 (PSC)，例如胚胎干細(xì)胞 (ESC)，能分化為幾乎所有類型的人體細(xì)胞。體細(xì)胞(成年細(xì)胞)，例如成纖維細(xì)胞，也可以重編程以產(chǎn)生誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC)。

通常而言，體細(xì)胞重編程和 PSC 分化為終末譜系是通過(guò)外源性基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，具體途徑為逆轉(zhuǎn)錄病毒基因轉(zhuǎn)移。這種方法效率不高，需要數(shù)周時(shí)間才能得到較少數(shù)量的細(xì)胞。此外，病毒載體必須進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇和測(cè)試，因?yàn)樗鼈冇锌赡軐⑦z傳物質(zhì)或變異基因引入細(xì)胞染色體，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。

相比這類方法，使用小分子試劑進(jìn)行細(xì)胞的重編程和分化，以及培養(yǎng)基中的細(xì)胞維持和增殖，具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

小分子性價(jià)比高、速度快、使用方便

相比外源性基因表達(dá)法，小分子能在幾小時(shí)內(nèi)發(fā)揮作用，大幅降低細(xì)胞重編程和分化所需的時(shí)間。例如，一種小分子雞尾酒試劑，包括 SB 431542 (目錄編號(hào) 1614)、 LDN 193189 (目錄編號(hào) 6053)、XAV 939 (目錄編號(hào) 3748)、PD 0325901 (目錄編號(hào) 4192)、SU 5402 (目錄編號(hào) 3300)和 DAPT (目錄編號(hào) 2634) ，已被發(fā)現(xiàn)能在 16 天內(nèi)將 iPSC 分化為功能性皮層神經(jīng)元(Qi 等人，2017)。

小分子通過(guò)合成方法生產(chǎn)

小分子由化學(xué)方法生產(chǎn)，而不像生產(chǎn)因子這類蛋白質(zhì)通過(guò)生物方法生產(chǎn)。因此，小分子試劑純度較高，批次間差異較小，在進(jìn)行干細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，可確保實(shí)現(xiàn)一致的作用過(guò)程和可復(fù)現(xiàn)的結(jié)果。

小分子具有細(xì)胞通透性和可調(diào)控性

小分子可透過(guò)細(xì)胞膜，因此可用于靶向細(xì)胞間信號(hào)通路，且同時(shí)適用于體內(nèi)環(huán)境及體外細(xì)胞培養(yǎng)。小分子的作用與濃度相關(guān)，因此可用于不同的研究方案，得到不同的結(jié)果。例如，CHIR 99021 (目錄編號(hào) 4432)既能以 20 µM 的濃度用于將成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元(Li 等人，2015)，也能以 3 µM 的濃度用于維持鼠 ESC 數(shù)量(Kolodziejczyk 等人，2015)。

小分子具有良好的時(shí)間可控性

由于小分子的作用速度快，而且可逆，因此在靶向一種或多種蛋白質(zhì)時(shí)，可以做到良好的時(shí)間控制。在某些研究中，小分子的作用被限于特定的時(shí)間段，因此這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)尤為重要。

小分子安全可靠

外源性基因表達(dá)使用病毒載體，有可能引入不需要的遺傳物質(zhì)，而小分子試劑非動(dòng)物來(lái)源，避免了這種可能性。鑒于 iPSC 細(xì)胞療法的治療前景，小分子的安全性是非常重要的。

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