Babraham研究所的科學家們已經開發出一種方法，將人類皮膚細胞“時間跳躍”30年，使細胞的衰老時間倒流，而不失去其專門功能。該研究所表觀遺傳學研究項目的研究人員的工作已經能夠部分恢復衰老細胞的功能，並使生物年齡的分子測量方法恢復活力。這項研究於4月7日發表在《eLife》雜誌上，雖然處於早期探索階段，但它可以徹底改變再生醫學。
什麼是再生醫學？
隨着我們的年齡增長，我們的細胞功能下降，基因組積累了老化的痕迹。再生生物學的目的是修復或替換細胞，包括衰老的細胞。再生生物學中最重要的工具之一是我們創造“誘導 ”幹細胞的能力。這個過程是幾個步驟的結果，每個步驟都抹去了一些使細胞特化的痕迹。理論上，這些幹細胞有可能成為任何細胞類型，但科學家還不能可靠地重新創造條件，使幹細胞重新分化為所有細胞類型。
讓時間“倒流”
這種新方法基於科學家用於製造幹細胞的諾貝爾獎獲獎技術，通過在整個過程中停止重新編程，克服了完全抹去細胞身份的問題。這使研究人員能夠在重新編程細胞之間找到精確的平衡，使它們在生物學上更年輕，同時仍然能夠恢復其專門的細胞功能。
2007年，山中伸彌（Shinya Yamanaka）成為第一位將具有特定功能的正常細胞變成幹細胞的科學家，這些細胞具有發展成任何細胞類型的特殊能力。幹細胞重新編程的整個過程需要大約50天，使用四個關鍵分子，稱為“山中因子”。新方法被稱為“成熟期瞬時重編程”，使細胞暴露在“山中因子”下僅13天。在這一點上，與年齡有關的變化被移除，細胞暫時失去了它們的身份。部分重編程的細胞被給予時間在正常條件下生長，以觀察其特定的皮膚細胞功能是否恢復。基因組分析顯示，細胞已經恢復了皮膚細胞（成纖維細胞）的特徵標記，這一點通過觀察重新編程的細胞中的膠原蛋白生產得到證實。
在未來，這項研究也可能開闢其他治療的可能性；研究人員觀察到，他們的方法也對其他與年齡相關的疾病和癥狀有關的基因產生了影響。與阿爾茨海默病有關的APBA2基因和在白內障發展中發揮作用的MAF基因，都顯示出向年輕水平的轉錄變化。
成功的瞬時重編程背後的機制還沒有被完全理解，這也是要探索的下一塊難題。研究人員推測，參與塑造細胞身份的基因組的關鍵區域可能逃脫了重編程過程。
研究人員Diljeet Gill總結說：“我們的結果代表着我們對細胞重編程的理解向前邁出了一大步。我們已經證明，細胞可以在不失去功能的情況下進行重生，而且重生看起來可以恢復衰老細胞的一些功能。我們還看到與疾病相關的基因中的衰老指標發生逆轉，這對這項工作的未來特別有希望。”
最近轉而領導阿爾托斯實驗室劍橋研究所、表觀遺傳學研究項目的組長Wolf Reik教授說：“這項工作具有非常令人興奮的意義。最終，我們也許能夠確定那些無需重新編程就能恢復活力的基因，並專門針對這些基因來減少衰老的影響。這種方法有希望獲得有價值的發現，可以開闢一個驚人的治療視野。”
年齡不僅僅是一個數字
為了證明這些細胞已經恢復了活力，研究人員尋找了衰老標誌的變化。正如Wolf Reik實驗室的博士后Diljeet Gill博士所解釋的那樣，他是作為博士生進行這項工作的。“在過去十年中，我們對衰老的理解在分子水平上取得了進展，產生了一些技術，使研究人員能夠測量人類細胞中與年齡有關的生物變化。我們能夠將其應用於我們的實驗，以確定我們的新方法所實現的重編程的程度。”
研究人員研究了細胞年齡的多種衡量標準。第一個是表觀遺傳“時鐘”，存在於整個基因組中的化學標籤表明年齡。第二個是轉錄組，即細胞產生的所有基因讀數。通過這兩項措施，重新編程的細胞與參考數據集相比，符合年輕30歲的細胞的特徵。
這項技術的潛在應用取決於細胞不僅看起來更年輕，而且功能也像年輕的細胞。成纖維細胞產生膠原蛋白，這是一種存在於骨骼、皮膚肌腱和韌帶中的分子，有助於為組織提供結構並治癒傷口。與沒有經過重新編程過程的對照細胞相比，恢復活力的成纖維細胞產生了更多的膠原蛋白。成纖維細胞也會移動到需要修復的區域。研究人員通過在一個培養皿中的細胞層中製造一個人工切口來測試部分恢復活力的細胞。他們發現，他們處理過的成纖維細胞比老細胞更快地移入缺口。這是一個很有希望的跡象，有一天這項研究最終可以被用來創造出能更好地癒合傷口的細胞。