iPS细胞简述
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ips细胞形态特征IPS细胞(Induced Pluripotent Stem cell)是通过人工诱导的方式将成年体细胞再次变回干细胞的一种细胞类型。
它们在外观上和正常的胚胎干细胞非常相似,具有细胞分化潜能,能够分化成各种不同类型的细胞。
IPS细胞的形态特征如下:1. 形态类似于胚胎干细胞。
IPS细胞是多个细胞在培养环境中特定条件下形成克隆的一类细胞。
它们的细胞形态和胚胎干细胞类似,都是圆形或椭圆形的细胞,呈珠子状在培养皿中自行贴附并生长。
2. 细胞内含有大量的碱性磷酸酶。
IPS细胞的碱性磷酸酶活性明显高于成年细胞,但低于正常的胚胎干细胞。
碱性磷酸酶可以协助细胞在培养环境中存活和分化,是标志性的细胞分化指标。
3. 存活时间比较短。
因为IPS细胞的质量和细胞分化能力有限,所以它们的存活时间较短。
在培养环境中,IPS细胞可能会失去其干细胞特性,无法形成多种外胚层细胞,内胚层细胞和胚突层细胞。
这意味着在使用IPS细胞进行治疗过程中,需要使用高质量的稳定IPS细胞。
4. 细胞内包含有染色体畸变。
IPS细胞的产生是通过细胞核重编程的方式进行的,染色体质量可能会在过程中发生变化。
该现象被称为“染色体畸变”,它可能导致疾病的复发和其他细胞无法治疗的问题。
因此,IPS细胞的质量必须进行精心的评估和筛选,以确保其长期的稳定性和治疗效果。
总之,IPS细胞是治疗疾病的一种有前途的细胞来源,具有多能性和令人兴奋的潜在治疗效果。
虽然IPS细胞与正常分化的成年细胞和干细胞之间存在微小的差别,在质量和稳定性方面也存在挑战,但在健康保健和医疗技术方面,我们仍然需要在其研究和发展方面进行探索,并努力寻求途径来提高IPS细胞质量和稳定性以更好的服务社会。
ips细胞ips细胞–发现ips细胞来自美国及日本两个研究团队的报告,证实皮肤细胞经过“基因直接重组(directreprogramming)”后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。
这项发现一方面解决了利用胚胎进行干细胞研究的道德争议,另一方面也使得干细胞研究的来源更不受限。
分属京都大学及威斯康辛大学麦迪逊分校的两个团队虽然独立研究,但使用的方法几乎完全相同,更巧合的是竟然同时分别被两本期刊审核通过,证明基因直接重组技术的确有效。
他们所使用的方式都是利用病毒将四个基因送入皮肤细胞,促使普通的皮肤细胞产生变化,最后成为带有胚胎干细胞性质的细胞,称为诱导式多能性干细胞(ips)。
ips细胞 - 基本简介ips细胞是由一些多能遗传基因导入皮肤等细胞中制造而成。
让普通体细胞“初始化”,使其具备干细胞功能,这就是“i ps细胞”。
“i ps细胞”具有和胚胎干细胞类似的功能.不需要制造胚胎,就可以从任何组织的细胞,甚至皮肤组织的细胞,制造出具有干细胞功能的细胞,那么就不再有伦理问题了,而且简单了不知多少倍。
ips细胞和ES细胞除了不能生成胚胎以外,可以产生所有的细胞,如果用于医疗,那么理论上可以治愈所有疾病——凡是不好的组织都去除,替换为重新生长的正常组织。
ips细胞 - 研究概况ips细胞首先是由Takahashi和Yamanaka在2006年建立的。
他们利用逆转录病毒载体在小鼠成纤维细胞中导入了4个与多能性有关的基因—Oct4,Sox2,c-myc和Klf4接着,利用另一个多能性标志分子Fbx15的表达对转染后的细胞进行了筛选, 最终得到了具有胚胎干细胞某些特性的多能性干细胞,并命名为“诱导产生的多能性干细胞”。
虽然他们得到的细胞与真正的ES细胞相比还存在着许多差异,但是这一研究开创了利用少数几个因子来诱导多能性产生的先例。
一年后,3家实验室各自的研究证实了该结果的可靠性,并且提高了产生的iPS细胞的质量。
一、ips细胞的制备制备iPS细胞的几个关键步骤和环节目前,iPS 细胞制备流程及其鉴定如图1 所示,简言之:a.分离和培养宿主细胞;b.通过病毒(逆转录病毒、慢病毒或腺病毒) 介导的方式将外源基因导入宿主细胞;c.将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上,并于ES 细胞专用培养体系中培养,同时在培养液中根据需要加入相应的小分子物质( 如Wnt3a、5-AZA、BIX-01294、VPA、TSA、BayK8644、PD0325901或CHIR99021 等)以促进重编程;d.数天后,出现ES 克隆样的克隆;e.在细胞形态、基因表达谱、表观遗传学、畸胎瘤形成和体外分化等方面对这些克隆进行鉴定.二、ips细胞的进一步研究不同因子组合将小鼠的不同类型细胞诱导为iPS细胞结论a.不同诱导水平的重编程因子均可将体细胞诱导为iPS 细胞;b.转录因子转基因活性的持续时间与重编程效率有直接相关性;c.许多不同组织来源的体细胞均可被重编程;d.不同类型体细胞重编程为iPS 细胞所需转录因子诱导水平是不同的总之,任何一种(小鼠和人的)体细胞在理论上均可被这些转录因子重编程为iPS 细胞(不同因子组合将人的不同类型细胞诱导为ips细胞联合运用遗传的和化学的方法将小鼠和人的体细胞重编程为iPS细胞)三、基因导入方式(ips细胞最主要的一步就是如何将外源基因导入宿主细胞)目前,通过逆转录病毒、慢病毒、腺病毒和转座子介导的方式均可将转录因子对应的基因导入体细胞,进而将其重编程为iPS 细胞.新近,Hochedlinger 小组和Yamanaka 小组均通过腺病毒介导的转基因方式将转录因子的基因导入体细胞,进而瞬时表达这些基因即可获得无病毒载体整合的iPS细胞.这两个小组的研究结果表明,将体细胞重编程为iPS 细胞只需转录因子基因在体细胞内瞬时表达即可达到目的,而无需病毒载体整合进宿主细胞基因组中,但是该方法将体细胞诱导为iPS细胞的效率较逆转录病毒和慢病毒的低许多非整合方式实现体细胞重编程为iPS 细胞的理论基础是:在通过逆转录病毒介导的方式将转录因子基因导入体细胞而获得的iPS 细胞上检测发现,转录因子转基因表达水平非常低或外源转基因完全沉默,而内源性转录因子基因被激活而维持很高表达水平,这时iPS 细胞多潜能性靠内源性转录因子表达来维持,至此,外源转录因子转基因已完成自己的使命而不表达.最初,每一个逆转录病毒载体或慢病毒载体仅携带一个转录因子基因,采取如下策略生产病毒和感染细胞.逆转录病毒的生产有两种方案:一是“直接混合”的方案,即用含4 种或更多因子质粒的混合物转染包装细胞,进而获得携带4 种或更多因子基因的病毒混合物,接着用病毒混合物感染细胞;二是采用“先分后混”的方案,即先生产携带每一种因子基因的病毒,然后将收集的病毒上清等比例混合后感染目标细胞.慢病毒生产只能采取鼠或人的体细胞因子组合(遗传方法)四、无遗传修饰的ips细胞iPS细胞的未来是发展安全、高效、有临床应用价值的治疗型干细胞,从安全角度看,目前的研究正在逐步接近.迄今,通过逆转录病毒慢病毒和腺病毒介导的方式均可将转录因子基因导入体细胞而获得iPS 细胞.逆转录病毒和慢病毒介导的转基因方式使病毒载体整合进宿主基因组,实现转基因稳定表达,但这两种转基因方式容易激活致癌基因,获得的iPS 细胞可能是有毒害副作用的.Hochedlinger 小组和Yamanaka 小组先后通过腺病毒将转录因子基因导入体细胞,瞬时表达这些转录因子而获得了无毒害副作用的或无病毒载体整合的iPS 细胞,因为这种基因导入方式一般不会使病毒载体整合进宿主基因组中,有望成为临床应用的比较安全的方法.当然,腺病毒载体也有可能整合进基因组中,尽管这种可能性很小.以病毒作为载体导入外源基因会使细胞发生遗传修饰,带有潜在的危险性,同时该方法操作起来比较麻烦且不实用.上述建立iPS 细胞的方法均涉及到基因的过量表达(或变化),那么这些通过遗传修饰的细胞如何恢复基因的常量表达,此外,饲养层细胞、小片段载体污染、体外培养细胞的同质性、表观遗传改变和基因组稳定性等都需要加以考虑.腺病毒介导的转基因方式虽然实现用某些因子的短暂性表达代替基因的永久性整合而获得virus-free adeno-iPS 细胞,但是该方法仍然不是获得安全、高效、有临床应用价值的治疗型iPS 细胞的最佳方法.最理想、最实用的方法是用小分子化合物代替外源基因导入实现体细胞重编程而获得iPS 细胞,这一想法在不久的将来有望变为现实.五、现状同时,研究者已成功地将iPS 细胞在体外定向诱导分化为神经前体细胞、功能性的成熟神经细胞,如运动神经元和多巴胺能神经元、星形胶质细胞、造血前体细胞、造血细胞、胰腺细胞和肝细胞、分泌胰岛素的β细胞、心肌细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、胰腺细胞和耳蜗毛细胞等.由iPS 细胞体外定向诱导分化出的细胞(包括前体细胞)在治疗相应疾病方面均展示出一定疗效.将由iPS 细胞在体外诱导分化来的神经前体细胞宫内移植进13.5 天胎鼠脑中后,其可在体内进一步分化为胶质细胞和各类神经元(包括谷氨酰胺能神经元、GABA 能神经元和儿茶酚胺能神经元),这些神经细胞功能性地整合进宿主脑中,并展现出成熟神经元的活性.同时,将由小鼠iPS 细胞在体外诱导分化来的多巴胺能神经元移植进帕金森病大鼠模型脑内,一段时间后可有效缓解大鼠疾病症状和改善其行为.此外,iPS 细胞来源的造血前体细胞、内皮前体细胞和成熟内皮细胞及耳蜗毛细胞分别成功用于治疗镰状红细胞贫血、血友病A和治疗神经感觉性听力障碍六、前景展望iPS 细胞研究成果在干细胞和发育生物学研究领域中无疑具有里程碑意义,其在短时间内取得了一系列突破,可以预见,有朝一日,iPS 细胞必将应用于临床,解决人类面临的各种疾患等,但在获得安全、高效、实用、有临床应用价值的治疗型七、遇到的困难iPS细胞之前,还面临许多问题、急待突破的瓶颈和需要深入研究的领域:a.解析诱导体细胞重编程为iPS 细胞的分子机制,b.研究iPS 细胞生物学特性和行为(如自我复制、增殖和分化等)调控的机制及iPS 细胞体外定向诱导分化机制,c.提高iPS 细胞制备效率,d.充分评价iPS 细胞临床应用的安全性,e.建立高效、安全、实用制备人iPS细胞的方法,即在阐明体细胞重编程为iPS 细胞机制的基础上建立无遗传修饰的iPS 细胞制备策略与方法(如仅利用一些小分子物质即将人的细胞重编程为iPS 细胞),f.在前一项研究的基础上,探索一条简便制备“个体特异的”或“疾病特异的”治疗型人iPS 细胞的技术路线和方法,等等.。
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。
诺奖发明iPS细胞对医疗技术的发展和影响干细胞技术在生命医学的发展中是衡量其发展水平的重要条件,从有关干细胞技术领域的专利拥有数量分析来看,美国拥有绝对优势,中国与日本相差较小,但我国干细胞研究及其应用市场,在世界干细胞领域内仍是重要力量。
iPS 细胞诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells),简称为iPS 细胞。
iPS细胞是通过对成熟体细胞“重新编程”培育出的干细胞,拥有与胚胎干细胞相似的分化潜力,能够分化成多种组织和器官。
但与胚胎干细胞相比,iPS细胞的获得方法相对简单,并且避开了一些伦理问题,因此有巨大的医疗价值。
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。
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。
诱导多能干细胞iPS 细胞对医疗的发展和影响1. iPS 细胞对医疗的发展随着iPS 细胞功能的发现与实现,iPS 细胞对医疗的发展及影响也越深远。
从对医疗的发展来看,iPS 细胞的出现为解决众多医疗难题提供了优化方案及可能性,同时能够为疾病建模、药物筛选、再生医学等方面的研究奠定基础。
iPS 细胞对多种疾病治疗具有促进作用。
在治疗帕金森病中,间充质干细胞细胞移植治疗能够取得进步,而基于iPS 细胞诱导的间充质干细胞的增殖速度及免疫能力更具优势,对治疗帕金森病起到促进作用。
在 A 型血友病的治疗研究中,学者发现 iPS 细胞技术的基因修复方法的可行性,并且将此种方法成功应用在A 型血友病动物模型的治疗上,为 A 型血友病提供了潜在的治疗方案。
在治疗肿瘤的研究中,我国科学家突破了 T 细胞研究技术难题,通过iPS 细胞产生能够杀死肿瘤细胞的T 淋巴细胞。
此外,通过iPS 细胞在癌症治疗研究、心肌梗死、黄斑变性、血液系统疾病、红斑狼疮、缺氧缺血性脑病、1 型糖尿病等方面都存在未来应用医疗方面的可能性。
2010年高考生物热点:iPS细胞一、时事资料材料一:国际权威科学杂志《自然》(Nature)7月23日在线发表中国科学院动物研究所研究员周琪领导的研究组和上海交通大学医学院教授曾凡一领导的研究组共同完成的一项研究成果,我国科学家首次利用iPS细胞(诱导性多能干细胞),通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,从而在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。
iPS细胞全称为诱导性多能干细胞,是由体细胞诱导而成的干细胞,具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。
2006年7月,日本科学家首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞的方法;2007年11月,美国和日本科学家将人类细胞诱导为iPS细胞,被《科学》(Science)杂志评为2008年世界十大科技进展之首。
iPS细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景,有望成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。
iPS的研究突飞猛进,但是iPS细胞是否真正拥有与胚胎干细胞一样的全能性?是否能够真正与胚胎干细胞媲美呢?四倍体囊胚注射方法是目前国际上验证细胞是否具有全能性的“黄金标准”。
这一方法是将胚胎干细胞注射进四倍体的小鼠早期胚胎,这种胚胎没有进一步发育能力,仅提供营养环境的胚胎,然后再移植入代孕母鼠体内,胚胎干细胞可以发育成正常的小鼠。
但此前的研究发现,iPS细胞不能像胚胎干细胞一样通过四倍体囊胚注射发育成活体小鼠,iPS细胞注射后形成的小鼠胎儿在怀孕早期至晚期全部死亡,这些结果表明iPS细胞尚不具有全能性。
周琪等制备了37株iPS细胞,利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体胚胎,最终3株iPS细胞系获得了共计27个活体小鼠,经多种分子生物学技术鉴定,证实该小鼠确实从iPS细胞发育而成,有些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。
这是世界上第一次获得完全由iPS 细胞制备的活体小鼠,有力地证明了iPS细胞具有真正的全能性。
这项工作为进一步研究iPS 技术在干细胞、发育生物学和再生医学领域的应用提供了技术平台,将iPS细胞研究推进到了一个新的高度,成为中国科学家在这一国际热点研究领域所作出的一项重要贡献。
一、ips细胞的制备制备iPS细胞的几个关键步骤和环节目前,iPS 细胞制备流程及其鉴定如图1 所示,简言之:a.分离和培养宿主细胞;b.通过病毒(逆转录病毒、慢病毒或腺病毒) 介导的方式将外源基因导入宿主细胞;c.将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上,并于ES 细胞专用培养体系中培养,同时在培养液中根据需要加入相应的小分子物质( 如Wnt3a、5-AZA、BIX-01294、VPA、TSA、BayK8644、PD0325901或CHIR99021 等)以促进重编程;d.数天后,出现ES 克隆样的克隆;e.在细胞形态、基因表达谱、表观遗传学、畸胎瘤形成和体外分化等方面对这些克隆进行鉴定.二、ips细胞的进一步研究不同因子组合将小鼠的不同类型细胞诱导为iPS细胞结论a.不同诱导水平的重编程因子均可将体细胞诱导为iPS 细胞;b.转录因子转基因活性的持续时间与重编程效率有直接相关性;c.许多不同组织来源的体细胞均可被重编程;d.不同类型体细胞重编程为iPS 细胞所需转录因子诱导水平是不同的总之,任何一种(小鼠和人的)体细胞在理论上均可被这些转录因子重编程为iPS 细胞(不同因子组合将人的不同类型细胞诱导为ips细胞联合运用遗传的和化学的方法将小鼠和人的体细胞重编程为iPS细胞)三、基因导入方式(ips细胞最主要的一步就是如何将外源基因导入宿主细胞)目前,通过逆转录病毒、慢病毒、腺病毒和转座子介导的方式均可将转录因子对应的基因导入体细胞,进而将其重编程为iPS 细胞.新近,Hochedlinger 小组和Yamanaka 小组均通过腺病毒介导的转基因方式将转录因子的基因导入体细胞,进而瞬时表达这些基因即可获得无病毒载体整合的iPS细胞.这两个小组的研究结果表明,将体细胞重编程为iPS 细胞只需转录因子基因在体细胞内瞬时表达即可达到目的,而无需病毒载体整合进宿主细胞基因组中,但是该方法将体细胞诱导为iPS细胞的效率较逆转录病毒和慢病毒的低许多非整合方式实现体细胞重编程为iPS 细胞的理论基础是:在通过逆转录病毒介导的方式将转录因子基因导入体细胞而获得的iPS 细胞上检测发现,转录因子转基因表达水平非常低或外源转基因完全沉默,而内源性转录因子基因被激活而维持很高表达水平,这时iPS 细胞多潜能性靠内源性转录因子表达来维持,至此,外源转录因子转基因已完成自己的使命而不表达.最初,每一个逆转录病毒载体或慢病毒载体仅携带一个转录因子基因,采取如下策略生产病毒和感染细胞.逆转录病毒的生产有两种方案:一是“直接混合”的方案,即用含4 种或更多因子质粒的混合物转染包装细胞,进而获得携带4 种或更多因子基因的病毒混合物,接着用病毒混合物感染细胞;二是采用“先分后混”的方案,即先生产携带每一种因子基因的病毒,然后将收集的病毒上清等比例混合后感染目标细胞.慢病毒生产只能采取鼠或人的体细胞因子组合(遗传方法)四、无遗传修饰的ips细胞iPS细胞的未来是发展安全、高效、有临床应用价值的治疗型干细胞,从安全角度看,目前的研究正在逐步接近.迄今,通过逆转录病毒慢病毒和腺病毒介导的方式均可将转录因子基因导入体细胞而获得iPS 细胞.逆转录病毒和慢病毒介导的转基因方式使病毒载体整合进宿主基因组,实现转基因稳定表达,但这两种转基因方式容易激活致癌基因,获得的iPS 细胞可能是有毒害副作用的.Hochedlinger 小组和Yamanaka 小组先后通过腺病毒将转录因子基因导入体细胞,瞬时表达这些转录因子而获得了无毒害副作用的或无病毒载体整合的iPS 细胞,因为这种基因导入方式一般不会使病毒载体整合进宿主基因组中,有望成为临床应用的比较安全的方法.当然,腺病毒载体也有可能整合进基因组中,尽管这种可能性很小.以病毒作为载体导入外源基因会使细胞发生遗传修饰,带有潜在的危险性,同时该方法操作起来比较麻烦且不实用.上述建立iPS 细胞的方法均涉及到基因的过量表达(或变化),那么这些通过遗传修饰的细胞如何恢复基因的常量表达,此外,饲养层细胞、小片段载体污染、体外培养细胞的同质性、表观遗传改变和基因组稳定性等都需要加以考虑.腺病毒介导的转基因方式虽然实现用某些因子的短暂性表达代替基因的永久性整合而获得virus-free adeno-iPS 细胞,但是该方法仍然不是获得安全、高效、有临床应用价值的治疗型iPS 细胞的最佳方法.最理想、最实用的方法是用小分子化合物代替外源基因导入实现体细胞重编程而获得iPS 细胞,这一想法在不久的将来有望变为现实.五、现状同时,研究者已成功地将iPS 细胞在体外定向诱导分化为神经前体细胞、功能性的成熟神经细胞,如运动神经元和多巴胺能神经元、星形胶质细胞、造血前体细胞、造血细胞、胰腺细胞和肝细胞、分泌胰岛素的β细胞、心肌细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、胰腺细胞和耳蜗毛细胞等.由iPS 细胞体外定向诱导分化出的细胞(包括前体细胞)在治疗相应疾病方面均展示出一定疗效.将由iPS 细胞在体外诱导分化来的神经前体细胞宫内移植进13.5 天胎鼠脑中后,其可在体内进一步分化为胶质细胞和各类神经元(包括谷氨酰胺能神经元、GABA 能神经元和儿茶酚胺能神经元),这些神经细胞功能性地整合进宿主脑中,并展现出成熟神经元的活性.同时,将由小鼠iPS 细胞在体外诱导分化来的多巴胺能神经元移植进帕金森病大鼠模型脑内,一段时间后可有效缓解大鼠疾病症状和改善其行为.此外,iPS 细胞来源的造血前体细胞、内皮前体细胞和成熟内皮细胞及耳蜗毛细胞分别成功用于治疗镰状红细胞贫血、血友病A和治疗神经感觉性听力障碍六、前景展望iPS 细胞研究成果在干细胞和发育生物学研究领域中无疑具有里程碑意义,其在短时间内取得了一系列突破,可以预见,有朝一日,iPS 细胞必将应用于临床,解决人类面临的各种疾患等,但在获得安全、高效、实用、有临床应用价值的治疗型七、遇到的困难iPS细胞之前,还面临许多问题、急待突破的瓶颈和需要深入研究的领域:a.解析诱导体细胞重编程为iPS 细胞的分子机制,b.研究iPS 细胞生物学特性和行为(如自我复制、增殖和分化等)调控的机制及iPS 细胞体外定向诱导分化机制,c.提高iPS 细胞制备效率,d.充分评价iPS 细胞临床应用的安全性,e.建立高效、安全、实用制备人iPS细胞的方法,即在阐明体细胞重编程为iPS 细胞机制的基础上建立无遗传修饰的iPS 细胞制备策略与方法(如仅利用一些小分子物质即将人的细胞重编程为iPS 细胞),f.在前一项研究的基础上,探索一条简便制备“个体特异的”或“疾病特异的”治疗型人iPS 细胞的技术路线和方法,等等.。
iPS细胞
基本概念
诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)最初是日本人山中申弥(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他方法同样也可以制造这种细胞。
细胞可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞,诱导多能干细胞即通过向体细胞中导入诱导基因,使体细胞重编程获得具有胚胎干细胞样特性的多能干细胞,也称为去分化。
发展趋势
自2008年开始,小鼠和人的ips细胞研究取得了极大的发展,并在体细胞的选择、转录因子的组合和数量、病毒载体、筛选条件和小分子化合物等方面进行了完善,还逐步向疾病的治疗方面深入,镰刀形红细胞贫血症治疗的研究,从理论和实践上为人类单基因遗传病的治疗奠定基础。
此外,猴、大鼠和猪ips细胞的建立在人类疾病研究上具有重大应用价值,既可构建人类疾病的动物模型,又能进行细胞移植实验,为将来的实验细胞替代治疗奠定基础。
2009年3月,Nagy小组和Kaji小组采用转座子法取代病毒载体的基因投递的方法,高效率制备了基因组无病毒整合的鼠iPS细胞,获得iPS细胞后,他们又成功将先前导入的转录因子基因从iPS细胞中移除。
随着越来越多研究模型的建立,越来越多的体细胞被成功诱导为多能干细胞,以及无病毒整合技术的发现和有害基因的成功敲除,使得诱导多能干细胞向更加系统,更加安全,更加高效的方向发展。
伴随着ips细胞被诱导分化成为多巴胺神经元、能分泌胰岛素的细胞、心脏实质细胞、视网膜的前驱细胞和神经前体细胞等的成功,越来越多的体细胞得意诱导分化成功,为患帕金森综合症、糖尿病、心血管疾病和视网膜病变等疾病的患者提供了治愈的可能。
面临问题
第一,诱导体细胞重编程的分子机制至今仍不清楚。
第二,iPS细胞的制备效率很低,一般只有0.05%,因此,在应用上很困难。
第三,iPS细胞存在极大的风险,由于载体使用的一般是逆转录病毒和慢病毒,而且oct、c-Myc、klf4、sox2基因都可认为是原癌基因,所以iPS细胞有极大的致癌性。