微環境基質驅動幹細胞分化方向

幹細胞分化取決的細胞周遭的訊號，除了周遭的生長因子亦包含了細胞所貼附的基質，因此微環境中的動態改變都會中途影響幹細胞分化狀態。在先前研究中，對於幹細胞的分化是建立在固定時間點的觀察，忽略了幹細胞分化的動態過程。

為了探究這個過程，美國伊利諾大學研究團隊進一步去研究在幹細胞分化的過程中，若改變了微環境裡的因子，是否就能改變幹細胞分化趨勢。研究團隊利用擁有成骨分化（Osteogenesis）及神經分化（neurogenesis）雙特性的間質幹細胞（mesenchymal stem cell, MSC）來解答這個問題。結果中發現：若將間質幹細胞培養在較軟的基質（0.5kPa）上，細胞會趨向神經分化 ; 而較硬的基質（40kPa）則導向成骨分化（圖 a, b）。

而環境改變是否會逆轉這種分化的現象呢？研究團隊將細胞從軟基質培養轉移到硬基質上時，細胞攤開的表面積會增加，而反之亦然。接著探討分化特性實驗中，當細胞培養在較軟的基質時，神經相關的蛋白（β3 tubulin, MAP2）會增加，代表此時的間質幹細胞朝向神經分化（圖 b.1），反之，轉移到硬基質時，則會朝向成骨相分化（成骨相關蛋白 Osteopontin, runx2 增加，圖 b.2）。令人值得注意的是，將間質幹細胞從軟基質移到硬基質情況中（代表著從神經分化轉成成骨分化），細胞內的神經相關基因仍然有一定程度的增加，這代表幹細胞在分化過程中某些步驟是不可逆的。在轉分化的過程中，最終分化成的細胞仍可能有著功能不全或未知的影響存在著。這個研究也提供再生醫學使用幹細胞做為修補策略時一些重要的資訊。