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诱导性多能干细胞的应用前景

所属:公司新闻   来源:http://www.whnhnc.com/   作者:诺和诺诚生物   点击:71次   时间:2020-10-29 15:52


文章导读:诱导多能干细胞最早是2006年由日本的两位科学家Kazutoshi Takahashi和Shinya Yamanaka报道,文章发表于。Shinya Yamanaka最终因此而获得2012年诺贝尔奖。 2007年11月,由中国科学家俞君英领衔的Th... ...

诱导多能干细胞的应用前景
诱导多能干细胞最早是2006年由日本的两位科学家Kazutoshi Takahashi和Shinya Yamanaka报道,文章发表于。Shinya Yamanaka最终因此而获得2012年诺贝尔奖。

2007年11月,由中国科学家俞君英领衔的Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道,利用诱导多能干细胞技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞。

2014年9月,一名罹患退行性眼病的日本患者将成为全球使用诱导多能干细胞(iPS)进行治疗的第一人。

 

 

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)最初是日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)于2006年利用病毒载体将四个转录因子(Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc)的组合转入分化的体细胞中,使其重编程而得到的类似胚胎干细胞和胚胎APSC多能细胞的一种细胞类型。通过采用导入外源基因的方法使体细胞去分化为多能干细胞,对于这类干细胞我们称之为诱导多能干细胞(IPS,Induced Pluripotent Stem Cells)

 

起源

当时作者最初的思路来自于体细胞核移植入未受精卵细胞内能使该细胞核进行重新编程(reprogrammed,亦可理解为细胞核的去分化,体细胞核移植是克隆动物的第一步,这里关于克隆动物的部分暂不描述),因此作者认为未受精卵和胚胎干细胞中含有某些能给予体细胞全能性或者多能型的因子。

因此作者对24个符合此类条件的候选基因进行筛选,作者将这些基因导入鼠体细胞中(采用逆转录转染的方式)诱导体细胞成为多能干细胞。作者巧妙地采用24-1的筛选方式,以确定那些基因对于IPS用处不大。而后进一步采用10-1的筛选方式,最终确定了Oct3/4, Sox2, c-Myc,Klf4这四个因子起关键作用。这四个因子最终也被很多学者称为"典型山中因子"。

通过采用导入外源基因的方法使体细胞去分化为多能干细胞,对于这类干细胞我们称之为诱导多能干细胞(IPS,Induced Pluripotent Stem Cells)

 

发展

上述观点一经报道立即引起全球学者的普遍关注,时至今日关于IPS的研究在广度上业已涉及多个物种,在深度上对导入外源基因的方法、诱导的原理上亦多有报道。

这个技术打破了人们对干细胞能分化为体细胞这一过程不可逆的偏见,而为将来我们获取干细胞新增了一个途径。

2017年7月,中国安徽省首批高品质科研级人类诱导多功能干细胞iPSC在合肥发布。

 

技术突破

iPS技术

iPS技术是干细胞研究领域的一项重大突破,它回避了历来已久的伦理争议,解决了干细胞移植医学上的免疫排斥问题,使干细胞向临床应用又迈进了一大步。随着iPS技术的不断发展以及技术水平的不断更新,它在生命科学基础研究和医学领域的优势已日趋明显。

美国哈佛大学研究人员采取添加特殊化合物的方法,将体细胞制造IPS的效率提高了100多倍。目前这项研究在大鼠实验中已获得成功,而在制造人类IPS时也可采取同样方法,以提高效率。该成果被业界称为IPS研究中的一大进步。

IPS是由一些多能遗传基因导入皮肤等细胞中制造而成。在制造过程中,美国研究人员使用了4种遗传基因,同时加入了7种包括可阻碍特定蛋白质合成的物质和酶在内的化合物,以研究其各自的制造效率。研究结果显示,没有添加化合物时,遗传基因的导入效率为0.01%-0.05%,而加入了一种叫"巴尔普罗酸"的蛋白质合成阻碍剂之后,导入效率竟升至9.6%-14%。

如果从这4种遗传基因中排除导致细胞癌化的遗传基因,只使用3种基因,过去的导入效率只有0.001%甚至更低,而加入"巴尔普罗酸"之后,其效率也提高了约50倍。研究人员认为,这很可能是因为"巴尔普罗酸"可以促进多能遗传基因的活性。今后,研究人员将就添加化合物是否会使遗传基因产生变异展开研究,以在提高制造效率的同时保证安全性。

2012年10月8日,京都大学教授山中伸弥(Shinya Yamanaka)与英国发育生物学家约翰·格登(John Gurdon)因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。

 

获批人体实验

2014年9月11日,治疗使用的iPS细胞由日本神户理化研究所(RIKEN)发育生物学中心的眼科专家高桥雅代培育而成,将用于治疗与年龄相关的视网膜退化疾病。罹患这一疾病的病患,多余的血管会在眼内形成,让视网膜色素上皮细胞变得不稳定,导致感光器不断减少,最终失明。

高桥雅代从罹患这一疾病的患者那儿提取到了皮肤细胞,并将其转化为iPS细胞,接着,诱导iPS细胞变成视网膜色素上皮细胞,最后将其培育成能被植入受损视网膜内的纤薄层。与胚胎干细胞不同,iPS细胞由成人细胞生成,因此,研究人员可以通过遗传方法为每个受体度身定制。iPS细胞能变成身体内的任何细胞,因此,有潜力治疗多种疾病。即将进行的人体实验将是这一技术首次证明iPS细胞在临床方面的价值。

高桥雅代团队已经在猴子身上证明,iPS细胞能由受体自身的细胞生成,且不会诱发免疫反应;尽管如此,还是存在隐忧,那就是,iPS细胞可能会导致肿瘤出现,不过,高桥雅代团队发现,在老鼠和猴子身上不太可能出现肿瘤。为了消除人们的其他担忧--生成iPS细胞的过程可能会导致危险的变异,高桥雅代的团队也对整个过程和生成iPS细胞的遗传稳定性进行了测试,结果表明一切正常。



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