山中伸弥发明IPS细胞的介绍及启示

细胞重编程技术的应用与研究进展细胞重编程技术是由日本学者山中伸弥和英国学者约翰·戴维·戈登于2006年发现，随即因其巨大的科学发现价值而引起全球科学界广泛关注。

这一技术可以将已经成熟的细胞转化为干细胞，即诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs），从而可以制备出特定器官的细胞，为人们未来的临床治疗带来无限可能。

首先，细胞重编程技术的应用：（1）医学领域：其最大的应用前景是在医学领域。

因为干细胞能够成为体内任何种类的细胞，包括肌肉、神经、心脏等器官的细胞，因此，干细胞成为了治疗某些疾病的理想来源。

干细胞治疗可以治疗癌症、胰岛素依赖性糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病、多发性硬化症、肾病等多种疾病，因为这些疾病都是由特定的细胞类型受损所致。

（2）研究领域：除了医学领域，细胞重编程技术还有广泛的应用前景，尤其是在放射生物学、毒理学、遗传学等方面的研究。

干细胞的推出为科学研究提供了无限的可能性。

（3）精准医疗领域：细胞重编程技术为精准医疗领域提供了巨大的帮助。

人类基因组计划已经解密并精细分析了人类的基因组序列，基因分而治之，就成了未来精准医疗的必经之路。

其次，细胞重编程技术的研究进展：（1）干细胞的特点：干细胞是指五种能够分化出多种细胞类型的细胞。

分别是：诱导干细胞、多能干细胞、祖细胞、成体干细胞以及胚胎干细胞。

而iPSCs即由已经成熟的细胞诱导而来的多能干细胞，与胚胎干细胞很相似。

（2）iPSCs的制备：iPSCs的制备主要包括方法集成、质量控制和功能评价三个步骤，其中方法集成步骤是关键所在。

该步骤包括：iPSCs转化两阶段、各种化学试剂和基因的低毒转化。

（3）iPSCs的遗传与表观改变：iPSCs虽然被认为是多能干细胞，但与胚胎干细胞相比，其有一定的遗传差异，包括单荷兹综合征、Sle和颜面发育不良等病例。

此外，iPSCs与胚胎干细胞相比，也存在不同的表观遗传学特征。

从整型医生到诺贝尔奖-山中伸弥的研究历程引言山中伸弥（Shinya Yamanaka）获得诺奖已经有几天了，虽然两年前在听完他的讲座后我兴致很高地写了两篇博客，这些天我却没有多少动力再写一篇完整的文章来介绍他的工作。

我一直对中国现在还盛行的规划性科研，应用导向型科研耿耿于怀。

这些所谓的重大项目在立项的当初对目标/前景写得宏大无比，之后却通常草草收场。

如果那些重大项目真的能实现立项当初的用意，那诺贝尔奖早就在中国遍地开花了。

广大科研人员都觉得这种运行模式是一个笑话，饶毅、施一公等大牛也重炮轰击，但是分钱游戏还在进行着。

而公众，包括相当一部分科研人员也并不了解科研的自身规律，总是一再地问做基础研究有什么用。

Shinya Yamanaka的成功是典型的小实验室自由探索的成功。

他的成功再一次提示，有相当多的科学突破是不可预测的。

如果中国有大批优质的小实验室得到稳定的资助，那么类似的科学突破就会随机但是必然地产生。

从这种意义上讲，展示Shinya Yamanaka在研究过程中的这种随机性和必然性，向公众科普科研活动是如何进行的，是值得我花一点时间的。

解析Shinya Yamanaka发现诱导干细胞（iPS）的来龙去脉比较简单，就是跟踪他顺次研究的基因: ApoBEC1-Nat1-Fbx15，最后发现iPS。

有趣的是他在顺次研究这些基因的时候转了两次方向：ApoB是血脂蛋白，研究它的剪切酶（或者叫编辑酶）ApoBEC1是为了调节血脂，但是却发现ApoBEC1过表达的小鼠得了肝癌；为了研究致癌机理，他找到ApoBEC1的下游蛋白Nat1，Nat1的敲除导致小鼠在胚胎期死亡，以及胚胎干细胞在体外无法分化；于是他又开始研究起胚胎干细胞，找到许多胚胎干细胞特异表达的基因，其中之一是Fbx15，最后用Fbx15敲除鼠建立assay（筛选方法/系统），幸运地筛选出了iPS。

整形外科到博士阶段Shinya Yamanka念高中时迷上柔道，因为受伤经常上医院，他在爸爸的建议下随后考入国立神户大学医学部，准备以后做一名整形外科医生。

诱导性多能干细iPS细胞即诱导性多能干细胞。

诱导多能干细胞induced pluripotent stem cells iPS：2006年日本京都大学Shinya Yamanaka在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了诱导多能干细胞的研究。

他们把Oct3/4,Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。

1基本概念诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）最初是日本人山中伸弥（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的一种细胞类型。

[1]随后世界各地不同科学家陆续发现其它方法同样也可以制造这种细胞。

2012年10月8日，John B. Gurdon 与Shinya Yamanaka 因此获得诺贝尔生理学和医学奖。

2研究历程iPS细胞2006年日本京都大学山中伸弥（Shinya Yamanaka）领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了iPS的研究。

他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。

2007年11月，Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道，利用ips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。

所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种因子组合，而Thompson实验室采用了以慢病毒载体引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28这种因子组合。

细胞重编程技术的发展及其应用随着现代医学技术的不断进步，细胞重编程技术已成为当前热门话题之一。

细胞重编程技术是一种将成体细胞重新编程为相对干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS细胞）的技术，近年来引起了人们的极大关注。

细胞重编程技术的背景细胞重编程技术是由两位日本科学家山中伸弥和吉野彰于2006年发明的。

在这项技术的帮助下，成体细胞（目前已经成功转化的种类包括亲子生殖细胞、神经细胞、肝细胞、心脏细胞等等）可以通过某些物质的作用来“发育”成为未分化的多潜能细胞状态，即iPS细胞。

这种技术的出现，从某种角度上讲，就是打破了细胞发育的“规则”，也为细胞生物学和医学带来了前所未有的革命性变化。

细胞重编程技术的原理细胞重编程技术的原理是越来越清晰和准确的，主要基于细胞内部的生物化学及遗传学，利用某些特殊的因子让成体细胞产生多能性，这一过程中包括转录因子和表观遗传调控因素的介入，从而实现细胞的“重编程”。

转录因子是一类具有转录激活功能的调节性蛋白质，这些蛋白质在基因表达上有非常重要的作用。

iPS细胞的形成过程中，通过在成体细胞中外源表达一些特定的转录因子，再通过补充一些特定的化学物质，就能使细胞发生某些“幻变”，进而促进其发育成为未分化状态的细胞。

表观遗传调控因素在iPS细胞培养和生长中也起着重要作用。

这些因素控制着基因表达和基因功能的重要性，通过在细胞质内分化分子发挥作用，帮助细胞完成干性转变，促进细胞的再生和“重编程”。

细胞重编程技术的应用细胞重编程技术的应用体现出了其广泛的应用前景和巨大的潜力，既包括基础研究，也逐渐透过临床应用研究，以解决人类健康问题。

基础研究领域应用:1. 疾病机制研究：iPS细胞技术可以使研究人员得到大量病变修建，从而对疾病发生机制进行深入研究。

例如，人类iPS细胞可以用于遗传学和肿瘤学等领域的基础研究。

2. 药物筛选：iPS细胞可以用于药物筛选，这有助于大量化、多样性、来自不同种族和疾病的样本进行大规模筛选。

人工诱导多能干细胞的发展和面临的主要问题航天航空学院航03班徐越学号_2010011566诱导性多功能干细胞（iPSC），是通过导入特定基因或基因产物，将体细胞人工诱导成为类似于胚胎干细胞（ESC）的、具有多向分化能力的、可以持续分离生长的多功能干细胞。

这项技术由日本京都大学山中伸弥教授在2006年首先提出[1]，因其乐观的应用价值而引起了科学界的广泛关注并迅速发展。

这篇文章将就iPS细胞的基本技术、发展及面临的问题等方面做一些综述。

一、历史背景上世纪八十年代小鼠ESC被成功分离和细胞体内重编程概念的建立，使再生医学得以建立和发展。

由于胚胎干细胞有多向分化能力，可以有效修复退化的或是受损的组织，治疗一些疑难杂症。

但是，基于胚胎干细胞的临床治疗面临着两个问题：1）植入异体胚胎干细胞可能导致机体的排异反应；2）每一个用于治疗的胚胎都有潜在发育成个体的能力，涉及到伦理问题。

iPS细胞的出现有希望使这两个问题得以解决。

二、技术概述人工诱导多能干细胞的大致过程是：1）取自体体细胞进行体外培养；2）利用“载体”等方法将特定基因或基因产物转入体细胞；3）用与ES细胞相似的条件进行体外培养；4）利用多能细胞标记等条件筛选出iPS细胞；5）生成嵌合体或诱导培养成组织并进一步应用。

1、细胞来源iPS细胞的来源全部取自体细胞。

2006年这一概念第一次被提出时，山中伸弥使用的是小鼠表皮成纤维细胞和尾尖成纤维细胞。

2007年，成人皮肤成纤维细胞也被成功诱导成iPS 细胞。

[2]后来的研究中，以成纤维细胞为细胞源最为常见。

2008年，从成年小鼠的肝脏和胃细胞诱导iPS细胞也获得了成功。

[5]在小鼠中，最常用的是表皮成纤维细胞和尾尖成纤维细胞，也有神经细胞、肌肉细胞、间充质干细胞等，2009年成熟的B细胞和T细胞也获得成功。

人类中新生儿的包皮、口腔黏膜、成人真皮最为常用，角质细胞、间充质细胞、脐带血细胞等也有应用。

有学者证明任意的体细胞都有被诱导成iPS细胞的能力，与细胞种类及人的年龄、性别等没有关系。

生物工程知识：细胞重编程——人类细胞再生的前沿技术细胞重编程是指通过在体外对人类细胞的基因进行改造，使这些细胞重新回到胚胎干细胞的状态，从而实现再生，也被称为iPS技术（induced pluripotent stem cell，诱导多能干细胞技术）。

iPS技术的诞生源于对干细胞的研究。

干细胞是一类特殊的细胞，它们拥有相当多的特征，如自我复制、分化和自我更新能力。

干细胞能够分化成多种细胞，有望成为治疗不同疾病所需要的种种细胞。

然而，从人体内获取干细胞并不容易，因此科学家开始探索如何将非干细胞转化成干细胞的方法。

2006年，著名的日本细胞学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）利用质粒质谱技术和代码重编程的思想，将人普通成体细胞重编程为胚胎干细胞样细胞，而获得最早的iPS细胞，这项技术也被誉为生命科学的里程碑。

细胞重编程技术为人类的再生医学打开了无限可能，不仅能避免胚胎干细胞研究引发的伦理问题，还可以避免种种致命的安全隐患。

此外，此技术使用的细胞可以来源自患者自身身体不同部分的细胞，比如皮肤和其他组织细胞，这意味着细胞在治疗中几乎是无限制使用的。

细胞重编程技术正在被广泛应用于临床治疗疾病。

通过将全身病人的细胞重编程成干细胞，使它们分化出所需的细胞，并将它们重新注入病人体内，医生可以治疗众多分化障碍和器官疾病。

这种治疗方式可行性已经在实践中得到证明，最受欢迎的使用是治疗心脏和神经损伤，这些损伤是因生理/外伤等因素导致的细胞缺失。

随着技术的进步，细胞重编程就像一座新的桥梁，加速了再生医学领域的发展。

但是，这项技术仍处于不断发展和完善的阶段，它依然存在着一些限制和挑战。

例如，细胞重编程有一定的安全隐患，因为这种技术常常使用病毒输送基因，并且很难保证细胞重编程期间产生的iPS细胞不会突变。

因此，有必要进行深入的研究，以确保治疗安全。

细胞重编程技术的另一个潜在限制是高昂的成本。

当前，iPS细胞的制备仍需要较高的技术水平和昂贵的药品，这可能使治疗的成本成为制约因素。

诱导功能干细胞名词解释诱导功能干细胞（induced pluripotent stem cells，简称iPSCs）是一种可以转化为各类细胞的多能性干细胞。

与胚胎干细胞相似，诱导功能干细胞具有无限自我更新的能力，同时还可以分化为身体内大多数细胞类型。

诱导功能干细胞的发现可以追溯到2006年，由日本科学家山中伸弥和英国科学家托姆森爵士领导的研究团队共同取得了重要突破。

他们通过将特定基因（例如Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc）导入成人体细胞中，成功使这些细胞回到类似胚胎干细胞的状态。

这种方法绕过了对胚胎的依赖，因此更为伦理和法律所接受。

使用诱导功能干细胞具有广泛的应用前景。

首先，它们可以作为研究工具，用于探究疾病发生、发展的机制。

将患者的成人细胞转化为诱导功能干细胞后，科学家可以将这些干细胞分化为受影响的细胞类型，并研究疾病相关基因突变对细胞功能的影响。

这有助于我们更好地了解疾病的本质，为药物研发和治疗方法提供新的思路。

其次，诱导功能干细胞还可以用于再生医学。

通过将患者的成人细胞转化为干细胞，科学家可以培养出与患者组织相匹配的细胞，用于组织修复。

这意味着将来可能能够用患者自己的细胞治疗他们患有的疾病，避免免疫排斥等问题。

然而，诱导功能干细胞研究仍然面临一些挑战和争议。

其中之一是要提高转化效率，目前该过程仍然相对低效。

此外，使用诱导功能干细胞的临床应用仍处于初级阶段，需要更深入的研究和安全性评估。

总之，诱导功能干细胞代表了一项具有重大意义的科学发现，对医学和生物学领域的发展具有巨大潜力。

随着技术的不断进步和研究的推进，诱导功能干细胞有望成为治疗疾病和解决器官短缺问题的重要手段。

2012年10月8日晚上，山中伸弥正拿着工具修洗衣机——家里的洗衣机发出异响，突然，手机响了，一接听，被告知自己获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。

当时他还不信，以为有人跟他开玩笑，因为他认为全世界有资格获得诺贝尔奖的研究者很多。

让山中伸弥获得诺贝尔奖的是被称为“生物学里程碑”式的贡献：山中的发现表明，完整的哺乳动物成熟细胞能够重新编程，被恢复为像胚胎一样的细胞。

这些诱导多能干细胞（iPS细胞）能够发育成为身体的各种组织。

这一发现彻底改变了人们对细胞和器官生长的理解，教科书因之改写，新的研究领域被建立起来。

通过对人体细胞的重新编程，科学家们创造出诊断和治疗疾病的新方法。

1.梦想参加奥运会山中出生于1962年，父亲是一位经营缝纫机零部件作坊的小老板。

受到父亲的影响，他从小着迷于动手制作、拆解各种各样的物件。

有一次，他把家里祖传的钟拆了，重新装完却发现多了3个零件，为此还遭了母亲的一顿打。

后来，山中考入了大阪的重点中学——大阪教育大学附属天王寺高中。

别的同学都在认真学习，山中却热衷于柔道，甚至为此骨折了10多次，他的梦想是参加奥运会。

人们只能感叹：“应该去考大阪体育大学附属高中，而不是在这里学习文化知识。

”高中3年很快就要过去，这个“失败”的学生将何去何从呢？按照传统，作为家中独子的山中应继承父业，但父亲认为他没有做生意的天分，劝他道：“你受了那么多次伤，为什么不当一个医生来减轻病人的痛苦呢？”山中曾读过日本当代著名医生德田虎雄的著作《只有生命是平等的》，并深受影响，父亲的这番话让他决心学医。

在最后的阶段，山中开始玩命学习，终于考入了著名的日本国立神户大学医学部，而且是热门的整形外科。

然而，即便是大学期间，山中也没有埋头读书，依旧热衷于体育。

在奉行刻苦勤勉的日本大学里，山中无疑是个异类。

然而，在山中困难的时候，正是对体育的爱好拉了他一把。

山中的科研团队一直受到资金不足的困扰，2011年，他决定参加“京都马拉松”来募集科研经费，最终他不但完成了比赛，还以4小时3分19秒刷新了个人纪录。

日本ips临床实验随着医学科技的不断进步，再生医学领域也取得了重大突破。

由人体内的特定细胞重新培养出的诸如iPS（诱导多能干细胞）等细胞类型，为疾病的治疗和康复提供了全新的选项。

日本一直是再生医学领域的先驱之一，在该领域的研究和临床实验上有着卓越的贡献。

1. 介绍日本ips临床实验旨在通过应用诱导多能干细胞（iPS细胞）技术来治疗各种类型的疾病。

iPS细胞是在实验室中从成年人体内的成体细胞中重编程而来的多能干细胞。

这些细胞可以以任意的细胞类型发育，并且具有很大的治疗潜力。

2. iPS细胞的发现2006年，日本科学家山中伸弥和他的团队首次成功将成年皮肤细胞转化为多能干细胞，即iPS细胞。

这一突破性的发现引起了全球医学界的关注和赞誉，并为再生医学领域的研究开辟了新的道路。

3. 日本ips临床实验的突破自iPS细胞的发现以来，日本一直在临床实验中积极应用这一技术。

目前，日本已经进展到了临床试验的阶段，试图利用iPS细胞治疗多种疾病，包括心脏病、帕金森病和视网膜疾病等。

3.1 心脏病的治疗在心脏病的治疗方面，日本的研究人员采用iPS细胞改变了心脏病患者身体内的细胞。

这些iPS细胞被注射到患者的心脏中，以修复受损的心肌组织。

临床试验的结果表明，此项治疗方法取得了积极的效果，为心脏病患者带来了新希望。

3.2 帕金森病的治疗帕金森病是一种神经系统退行性疾病，也成为了iPS细胞研究的另一个重点。

日本的研究人员通过将iPS细胞转化为神经元，并将其移植到帕金森病患者的大脑中，来改善患者的症状。

临床试验的初步结果显示了治疗的潜力，为帕金森病患者提供了新的治疗选择。

3.3 视网膜疾病的治疗视网膜疾病是导致失明的主要原因之一。

为了治疗这类疾病，日本的研究人员尝试将iPS细胞转化为视网膜细胞，并将其移植到病人的眼睛中。

临床实验证实，通过这种治疗方式，患者的视力得到了显著改善，为失明患者带来了曙光。

4. 挑战与展望虽然日本的ips临床实验在再生医学领域取得了重要进展，但仍面临一些挑战。