干细胞何时分化？
科研人员使用延时成像技术（time-lapse imaging）对体外培养的神经干细胞进行观察，终于对这些干细胞的分化潜能和最终分化方向有了一定的了解。
美国国立卫生研究院（NIH）的Ron McKay表示：“干细胞最奇妙的事情就是它们能变成其它细胞。如果我们想弄清楚它们如何做到这一点，首先就必须能准确地捕捉到它们发生改变的那一刻。”
McKay等人在他们最近发表的论文中详细介绍了他们在这方面的研究工作。他们采用活体细胞延时成像技术（time-lapse live-cell imaging）和回溯性细胞发育作图技术（retrospective fate mapping），对从大鼠胚胎脑部取得的神经干细胞进行了研究，获得了该细胞的发育图。
McKay等人构建了一个特殊的活体细胞培养系统，能通过该系统对培养细胞的气体、培养基、温度、流速等条件进行精确控制，并能每隔一段时间对细胞进行一次成像。
McKay强调道：“这些干细胞不是HeLa细胞，它们对各种微小的扰动都非常敏感，哪怕只是将它们拿出培养箱都会对它们造成巨大的影响。”
使用这种培养装置和蚀刻培养板（etched growth areas，这种培养板能限制细胞迁移范围，令其不至超出显微镜的观察视野），McKay小组能在6~8天的时间里观察到神经干细胞的分裂增殖过程以及分化过程，并使用延时成像人工记录了细胞的分裂生长过程。然后，他们又使用免疫染色方法（immunostaining）和形态学的方法对细胞进行了鉴定，看看这些神经干细胞是否分化出了神经细胞、星状细胞和少突胶质细胞。
有了这些试验结果，McKay等人就能从统计学上判断在干细胞的生长过程中是哪些细胞出现了分化，进入了祖细胞阶段。McKay指出：“该研究得到的最让人感兴趣的发现就是干细胞分化发生得非常早，实际上，在最终已分化功能细胞标志物（fate-specific markers）表达之前的好几天干细胞就已经发生分化了。我认为我们真的应该好好研究其中的机制。”
McKay等人发现了具有三种分化能力（tripotent）的干细胞、两种分化能力（bipotent）的干细胞和只有一种分化能力（unipotent）的干细胞（即已分化细胞），也监测了这些细胞在一段时间内生长能力的变化和其它的非随机性变化。McKay小组还检测了睫状节神经细胞营养因子（ciliary neurotrophic factor, CNTF）这种已知的能促进干细胞向星状细胞方向分化的细胞因子对神经干细胞分化方向的影响能力。正如大家预料的那样，CNTF能增加星状细胞的数量，减少神经细胞和少突胶质细胞的数量。但值得注意的是，CNTF能从几个方面增加星状细胞的数量，它不仅能促进已分化星状细胞前体细胞的增殖，还能增加具有三种分化能力的干细胞向星状细胞转化的比例，相比对照组，这就跃过了从具有三种分化能力的干细胞转化为具有两种分化能力干细胞这一中间过程。
McKay小组还注意到了培养细胞中高度的异质性情况，哪怕在体外培养的早期阶段（此时具有三种分化能力的干细胞是最多数的细胞），这种异质性现象也非常明显。
对此，McKay指出：“就好像它们都是多潜能干细胞一样。”
研究干细胞的生长情况能得到许多有关这些细胞分化情况的有价值的资料。不过现在这种研究方法存在一个显而易见的问题，就是在体外条件下进行的试验。“我们要注意这一点。我们不是说体内也一定存在这种细胞。当然，体内肯定还有其它的因素在起作用。”McKay指出。
但是如果在技术上无法取得什么突破，在体内进行McKay等人做的那种试验还是非常有难度的。虽然体外的试验结果无法代表体内的真实情况，但由于这种体外试验具有高分辨率和高准确性的优势，还是有助于人们了解干细胞分化的机制的。
原文检索：Ravin, R. et al. Potency and fate specification in CNS stem cell populations in vitro. Cell Stem Cell 3,670–680 (2008).
筱玥/编译
关键词：延时成像技术； 活体细胞延时成像技术 ；回溯性细胞发育作图技术Key words：time-lapse imaging；time-lapse live-cell imaging； retrospective fate mapping