将皮肤细胞直接转化为脑细胞的成功率高达1000%

麻省理工学院的科学家们开发出一种方法，可以极其高效地将皮肤细胞直接转化为脑细胞，而无需先经过转化为干细胞这一中间步骤。过去，制作一批干细胞来治疗疾病或损伤，需要从胚胎组织中获取干细胞，这种做法在伦理道德上令人毛骨悚然。 但在2006年，日本科学家发现了一种将成熟细胞变回干细胞的方法。 由此，这些诱导多能干细胞（iPSCs）可以被诱导成为特定治疗所需的任何细胞类型。

然而，这一诺贝尔奖获奖发现并非没有问题。 首先，大部分细胞会被卡在中间阶段，从而降低了这项技术的效率。 在最初的研究中，只有不到0.1%的细胞能够完成整个过程，尽管在此后的近20年中，这一比例有了大幅提高，有些方法接近100%。

现在，麻省理工学院的科学家们找到了一种省去中间环节的方法，绕过干细胞步骤，直接从一种细胞类型到另一种细胞类型。 更好的是，这种方法的效率超过了1000%，令人难以置信。 换句话说，每得到一个源细胞，就能得到 10 个或更多的目标细胞。

描述这项新技术的两篇论文的资深作者凯蒂-加洛韦（Katie Galloway）说："通常情况下，重编程的挑战之一是细胞会停留在中间状态。因此，我们采用直接转换的方法，不经过 iPSC 中间体，而是直接从体细胞转换为运动神经元。"

最初的过程涉及一组编码称为转录因子的蛋白质的四个基因。 将这些基因打包到病毒载体中，然后将它们传递给皮肤细胞，就能将它们转化为 iPSC。

在这项新研究中，研究人员尝试了以前工作中的六种转录因子，并尝试了不同的组合，以找到仍然有效的最少转录因子。 经过反复试验，他们确定了三种转录因子的组合，即 NGN2、ISL1 和 LHX3，它们可以完成转换。

只需使用这三种基因，就能把所有基因都塞进一个病毒载体中，使每个细胞都能得到适当的剂量。 利用第二种病毒，研究小组传递了另外两种基因，它们能使细胞首先开始增殖。

"如果你在非增殖细胞中表达高水平的转录因子，重编程率会非常低，但超增殖细胞更容易接受，"加洛韦说。"这就像它们已经被增强了转换能力，然后它们变得更容易接受转录因子的水平"。

直接从皮肤细胞培育出的小鼠运动神经元（绿色）在移植后能够与动物大脑中的其他神经元整合在一起

研究小组通过将小鼠皮肤细胞转化为运动神经元对该技术进行了测试。 果然，转化率超过了 1000%。 结果发现，这些运动神经元能产生可检测到的电活动和钙信号，表明它们具有功能。 在后续测试中，这些神经元被移植到活体小鼠的大脑中，它们似乎与其他脑细胞形成了连接。

该技术的另一个版本也被开发用于人体细胞，不过现阶段的效率稍逊一筹--在10%到30%之间。 不过，与最初的 0.1% 相比，这是一个更好的起点，研究小组计划继续努力提高这一效率。

如果取得成功，首批应用之一可能是为肌萎缩性脊髓侧索硬化症等疾病患者培育新的神经元，以改善他们的运动控制能力。 之后，这项技术也有可能扩展到其他类型的细胞。

这两项研究发表在Cell Systems杂志上。