在胚胎干細(xì)胞或成體干細(xì)胞被廣泛應(yīng)用于研究時(shí)，研究人員對(duì)如何使它們驅(qū)動(dòng)萬能細(xì)胞（master cells）轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧奶囟?xì)胞以及對(duì)其進(jìn)行完美制造仍存在困惑。為了解決這一問題，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員通過深入研究開發(fā)了一種新型的兩部系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒓?xì)胞轉(zhuǎn)化為目標(biāo)細(xì)胞，并移除轉(zhuǎn)化過程中的殘留物，最終僅留下研究人員所需的DNA。

研究者Xiaojun Lian教授指出，利用人類多能干細(xì)胞進(jìn)行研究所面臨的困難是我們無法直接利用這些細(xì)胞進(jìn)行研究。這些細(xì)胞是功能性的細(xì)胞類型，例如，如果一個(gè)人患上了心臟病，就需要這種類型的細(xì)胞來進(jìn)行心臟壁的修復(fù)。正常情況下，通過成體和胚胎細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的多能干細(xì)胞會(huì)接受一定的化學(xué)信號(hào)，從一種干細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄δ苄缘募?xì)胞。在人類機(jī)體中，多能干細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)化為任何一種類型的細(xì)胞。然而，這種自然的細(xì)胞改變僅僅是DNA所引發(fā)的一系列過程中的一部分。過去的研究發(fā)現(xiàn)，將DNA插入到多能干細(xì)胞中可以促進(jìn)其轉(zhuǎn)化，但往往會(huì)產(chǎn)生插入的DNA殘留物。

在本文研究中，研究人員并沒有摻入告訴細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化的DNA片段。當(dāng)利用藍(lán)光照明時(shí)，DNA能夠促進(jìn)細(xì)胞發(fā)綠光，因此這種標(biāo)志物能夠幫助研究人員觀察到摻入到細(xì)胞中的DNA質(zhì)粒。質(zhì)粒是一種環(huán)狀DNA，包含功能性的DNA片段，能夠控制細(xì)胞中基因的表達(dá)。

研究者Lauren N. Randolph博士表示，他們希望通過深入研究探索開啟轉(zhuǎn)化開始或關(guān)閉的極限，并開發(fā)新方法來控制細(xì)胞轉(zhuǎn)化后DNA的表達(dá)水平以及如何移除DNA。過去的研究方法能夠摻入合適的DNA來開啟細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過程，但并不能完全移除所插入的DNA。

這項(xiàng)研究利用了一種新型系統(tǒng)（Tet-On 3G inducible PiggyBac），該系統(tǒng)能夠完成名為XLone的質(zhì)粒的插入、激活以及移除等過程。該系統(tǒng)的PiggyBac部分包括將DNA插入細(xì)胞DNA的過程，而Tet-On 3G部分則包括必要的信號(hào)信息。這種新型系統(tǒng)還能夠使細(xì)胞對(duì)多西環(huán)素更加敏感，多西環(huán)素是一種能夠開啟細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化的藥物。

為了驗(yàn)證其有效性，研究人員利用大量多個(gè)拷貝的質(zhì)粒來增加其進(jìn)入細(xì)胞的可能性。同時(shí)，他們檢測(cè)了這些質(zhì)粒是否能夠按照預(yù)期發(fā)揮作用。如果僅有一個(gè)或少量的質(zhì)粒被插入到細(xì)胞中，新的DNA就會(huì)被沉默。插入多個(gè)質(zhì)粒就能夠確保至少有一個(gè)發(fā)揮作用。

研究人員所開發(fā)的新型系統(tǒng)確保不會(huì)發(fā)生任何表達(dá)泄露（leakage expression），此外這種技術(shù)的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)還在于，一旦細(xì)胞被再制造成為心臟細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞，質(zhì)粒就會(huì)從細(xì)胞中被移除。在沒有任何質(zhì)粒系統(tǒng)殘留物的前提下，細(xì)胞還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行制造過程。

目前，研究人員希望通過更為深入的研究來理解并且研究人類干細(xì)胞中基因的功能，以及如何定向進(jìn)行細(xì)胞分化。他們希望開發(fā)出基于細(xì)胞的新型療法來幫助治療一系列退行性疾病。