誘導多能幹細胞

誘導多能幹細胞

應用于細胞移植的技術
誘導性多能幹細胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells):2006年日本京都大學Shinya Yamanaka在世界著名學術雜志《細胞》上率先報道了誘導多能幹細胞的研究。他們把Oct3/4,Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉錄因子基因克隆入病毒載體,然後引入小鼠成纖維細胞,發現可誘導其發生轉化,産生的iPS細胞在形态、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀态、細胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與胚胎幹細胞相似。
    中文名:誘導多能幹細胞 外文名:induced pluripotent stem cells,iPS cells 别名: 時間:2006年 國家:日本 發表于:《細胞》雜志 優點:無限增殖、多向分化潛能等 應用:細胞移植、再生醫學

起源

當時作者最初的思路來自于體細胞核移植入未受精卵細胞内能使該細胞核進行重新編程(reprogrammed,亦可理解為細胞核的去分化,體細胞核移植是克隆動物的第一步,這裡關于克隆動物的部分暫不描述),因此作者認為未受精卵和胚胎幹細胞中含有某些能給予體細胞全能性或者多能型的因子。

因此作者對24個符合此類條件的候選基因進行篩選,作者将這些基因導入鼠體細胞中(采用逆轉錄轉染的方式)誘導體細胞成為多能幹細胞。作者巧妙地采用24-1的篩選方式,以确定那些基因對于IPS用處不大。而後進一步采用10-1的篩選方式,最終确定了Oct3/4,Sox2,c-Myc,Klf4這四個因子起關鍵作用。這四個因子最終也被很多學者稱為“典型山中因子”。

通過采用導入外源基因的方法使體細胞去分化為多能幹細胞,對于這類幹細胞我們稱之為誘導多能幹細胞(IPS,InducedPluripotentStemCells)

發展

上述觀點一經報道立即引起全球學者的普遍關注,時至今日關于IPS的研究在廣度上業已涉及多個物種,在深度上對導入外源基因的方法、誘導的原理上亦多有報道。

這個技術打破了人們對幹細胞能分化為體細胞這一過程不可逆的偏見,而為将來我們獲取幹細胞新增了一個途徑。

技術突破

iPS技術

iPS技術是幹細胞研究領域的一項重大突破,它回避了曆來已久的倫理争議,解決了幹細胞移植醫學上的免疫排斥問題,使幹細胞向臨床應用又邁進了一大步。随着iPS技術的不斷發展以及技術水平的不斷更新,它在生命科學基礎研究和醫學領域的優勢已日趨明顯。

美國哈佛大學研究人員采取添加特殊化合物的方法,将體細胞制造IPS的效率提高了100多倍。目前這項研究在大鼠實驗中已獲得成功,而在制造人類IPS時也可采取同樣方法,以提高效率。該成果被業界稱為IPS研究中的一大進步。

IPS是由一些多能遺傳基因導入皮膚等細胞中制造而成。在制造過程中,美國研究人員使用了4種遺傳基因,同時加入了7種包括可阻礙特定蛋白質合成的物質和酶在内的化合物,以研究其各自的制造效率。研究結果顯示,沒有添加化合物時,遺傳基因的導入效率為0.01%—0.05%,而加入了一種叫“巴爾普羅酸”的蛋白質合成阻礙劑之後,導入效率竟升至9.6%—14%。

如果從這4種遺傳基因中排除導緻細胞癌化的遺傳基因,隻使用3種基因,過去的導入效率隻有0.001%甚至更低,而加入“巴爾普羅酸”之後,其效率也提高了約50倍。

研究人員認為,這很可能是因為“巴爾普羅酸”可以促進多能遺傳基因的活性。今後,研究人員将就添加化合物是否會使遺傳基因産生變異展開研究,以在提高制造效率的同時保證安全性。

2012年10月8日,京都大學教授山中伸彌(ShinyaYamanaka)與英國發育生物學家約翰·格登(JohnGurdon)因在細胞核重新編程研究領域的傑出貢獻而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

獲批人體實驗

2014年9月11日,治療使用的iPS細胞由日本神戶理化研究所(RIKEN)發育生物學中心的眼科專家高橋雅代培育而成,将用于治療與年齡相關的視網膜退化疾病。罹患這一疾病的病患,多餘的血管會在眼内形成,讓視網膜色素上皮細胞變得不穩定,導緻感光器不斷減少,最終失明。

高橋雅代從罹患這一疾病的患者那兒提取到了皮膚細胞,并将其轉化為iPS細胞,接着,誘導iPS細胞變成視網膜色素上皮細胞,最後将其培育成能被植入受損視網膜内的纖薄層。

與胚胎幹細胞不同,iPS細胞由成人細胞生成,因此,研究人員可以通過遺傳方法為每個受體度身定制。iPS細胞能變成身體内的任何細胞,因此,有潛力治療多種疾病。即将進行的人體實驗将是這一技術首次證明iPS細胞在臨床方面的價值。

高橋雅代團隊已經在猴子身上證明,iPS細胞能由受體自身的細胞生成,且不會誘發免疫反應;盡管如此,還是存在隐憂,那就是,iPS細胞可能會導緻腫瘤出現,不過,高橋雅代團隊發現,在老鼠和猴子身上不太可能出現腫瘤。為了消除人們的其他擔憂——生成iPS細胞的過程可能會導緻危險的變異,高橋雅代的團隊也對整個過程和生成iPS細胞的遺傳穩定性進行了測試,結果表明一切正常。

保存

2012年9月26日 訊 /生物谷BIOON/ --為了确定維持誘導性多能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)的最佳冷凍保存(cryopreservation)溶液,來自日本岡山大學的一個研究小組比較了12種商業上制備的并且容易獲得的凍存液,結果發現“Cell Banker 3”凍存液勝過其他11種凍存液,這是因為它允許iPSCs在−80°C下凍存一年而且仍然保持未分化的狀态。

研究人員作出結論,在研究的所有凍存液中,Cell Banker 3能夠維持iPSCs最好的細胞活力和增殖能力,而且鑒于在使用這種凍存液時不需要任何特殊的技能,因而它能夠被廣泛地使用。

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