诱导多功能干细胞研究涉及的技术
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干细胞诱导分化技术的研究进展与实践指导干细胞是一类具有自我更新能力和多潜能分化能力的细胞,能够分化成不同类型的细胞,包括神经细胞、心肌细胞、肝细胞等。
干细胞诱导分化技术是一种通过模拟胚胎发育过程,将多能性干细胞(如诱导多能性干细胞和胚胎干细胞)转化为特定细胞类型的方法。
这项技术具有巨大的临床应用潜力,可为众多疾病的治疗提供新思路。
本文将对干细胞诱导分化技术的研究进展进行介绍,并提供一些实践指导。
干细胞诱导分化技术的研究进展1. 干细胞诱导多能性的实现干细胞诱导多能性是干细胞诱导分化的第一步,常用的方法包括细胞重编程和核再规程。
细胞重编程是通过转导外源基因和小分子化合物,使成体细胞回到一种类似于胚胎干细胞的状态。
而核再规程则是将损伤的细胞核替换为健康的捐献者细胞核,以实现干细胞诱导多能性。
这两种方法都为干细胞诱导分化技术提供了坚实的基础。
2. 干细胞诱导分化的效率和稳定性提高随着技术的进步,干细胞诱导分化的效率和稳定性得到了显著改善。
近年来,研究人员通过优化转录因子组合、改进细胞培养条件和引入基因编辑技术等手段,成功地提高了干细胞诱导分化的效率和稳定性。
例如,通过使用CRISPR/Cas9技术对基因进行编辑,可以准确地调控细胞命运,并避免分化过程中可能出现的意外情况。
3. 干细胞诱导分化技术在疾病治疗中的应用干细胞诱导分化技术在疾病治疗中具有广阔的前景。
通过将干细胞诱导分化为特定的功能细胞,可以为多种疾病的治疗提供新的途径。
例如,将干细胞诱导分化为心肌细胞可以用于心脏病的治疗,将其诱导分化为神经细胞则可以治疗神经系统疾病。
此外,干细胞诱导分化技术还可以用于药物筛选和疾病模型建立,为药物研发和疾病研究提供新工具。
4. 实践指导干细胞诱导分化技术是一项复杂而有挑战性的技术,需要合理的实践指导才能取得良好的结果。
以下是一些实践指导:a. 细胞培养条件的优化:细胞培养条件对干细胞诱导分化过程至关重要。
为了保证细胞的生长和分化,应根据不同的细胞类型和诱导分化阶段,优化培养基的成分和浓度,并提供合适的生长因子和细胞外基质。
新型诱导干细胞分化技术的研究自从诱导干细胞(induced pluripotent stem cell, iPSC)技术被发明以来,科学家们一直在努力改进这一技术,以期在医学上的应用更加广泛。
近年来,新型诱导干细胞分化技术正在迅速发展,并引起了科学家们的高度关注。
什么是新型诱导干细胞分化技术?新型诱导干细胞分化技术是指利用基因编辑工具来改变干细胞中特定基因的表达,以促使干细胞分化成所需的特定类型细胞。
这一技术的主要优点在于,它可以直接地控制干细胞分化为目标细胞类型,而不需要经过多次繁琐的培养和筛选步骤。
近年来的新型诱导干细胞分化技术,主要包括以下几种:1. CRISPR/Cas9技术CRISPR/Cas9技术是一种基因编辑技术,能够准确地编辑人类基因组中的DNA序列。
科学家们利用该技术可以选择性地删除或改变特定基因的功能,以促使干细胞分化为所需的特定类型细胞。
2. RNA干扰(RNAi)RNA干扰是一种利用RNA分子来沉默特定基因功能的技术。
它可以促进干细胞分化为所需类型细胞,并抑制不必要的细胞分化。
3. 转录因子重编程转录因子重编程是一种将特定转录因子导入细胞内,以重塑细胞表观遗传学和基因表达的技术。
它可以促进干细胞分化为所需的特定类型细胞。
新型诱导干细胞分化技术的优点1. 更加高效新型诱导干细胞分化技术可以直接地控制干细胞分化为目标细胞类型,而不需要经过多次繁琐的培养和筛选步骤。
这在很大程度上提高了干细胞分化效率,并减少了实验成本和时间成本。
2. 更加精确新型诱导干细胞分化技术可以精确地改变特定基因的表达,以促使干细胞分化成所需的特定类型细胞。
这在很大程度上提高了分化过程的精确性和可控性。
3. 更加安全新型诱导干细胞分化技术可以避免或减少人为操作带来的风险和误差。
这在干细胞分化过程中,尤其在临床应用中,十分重要。
新型诱导干细胞分化技术的应用前景新型诱导干细胞分化技术的快速发展,为医学上的各种疾病治疗和组织工程提供了新的可能性。
IPS干细胞技术原理一、引言I P S(诱导型多能干细胞)干细胞技术是近年来生物科学领域的一项重大突破。
该技术被广泛应用于再生医学、疾病模型建立以及药物筛选等领域。
本文将介绍I PS干细胞技术的原理,以及其在科学研究和医疗实践中的应用。
二、什么是I P S干细胞技术I P S干细胞技术是一种通过基因转化,将成体细胞重新变回能够分化成多种细胞类型的多能干细胞的方法。
该技术的先驱者是日本科学家山中伸彦(S hi ny aY am an a ka),他于2006年首次成功地将小鼠成纤维细胞转化为多能干细胞,开创了I PS干细胞技术的新纪元。
三、I P S干细胞技术的原理I P S干细胞技术的原理是通过基因转导,将有特定基因表达的细胞重新编程成类似于胚胎干细胞的状态。
这种细胞状态具有潜在的分化能力,可以进一步分化为各种不同类型的细胞。
在实验中,通常使用的是外源转录因子来重编程成体细胞,包括O ct4、S o x2、K lf4和c-My c等。
这些转录因子能够调控基因的表达,将细胞的基因表达模式重新调整,使其回到早期胚胎发育阶段的状态。
四、I P S干细胞技术的优势1.避免伦理争议:与胚胎干细胞不同,I P S干细胞技术使用的是成体细胞,避免了对胚胎的损害和伦理上的争议。
2.个体特异性:利用患者自身的细胞进行转化,生成的I PS细胞具有与患者本身完全相匹配的基因组,有效避免了免疫排斥的问题。
3.模拟疾病过程:通过将患者体内的细胞转化为IP S细胞,可以模拟出患者体内疾病的发生和发展过程,为疾病的研究提供了重要工具。
五、I P S干细胞技术的应用领域5.1再生医学I P S干细胞技术在再生医学领域具有巨大潜力。
通过将患者的细胞转化为IP S干细胞,可以获得与患者本身相匹配的组织和器官细胞。
这些细胞可以用于组织工程和器官移植,为缺失或受损的组织提供替代。
5.2疾病模型建立利用IP S干细胞技术可以将患者的细胞转化为特定细胞类型,如神经元、心肌细胞等,从而建立疾病模型。
生命科学中的iPS细胞技术人类对于身体的理解和探索一直都是科学的一大重点,科学家们不断地通过不同的方法来探索生命的奥秘。
随着生命科学的不断发展,新的技术不断涌现。
而iPS细胞技术则是生命科学领域最重要的技术之一。
iPS细胞全称是诱导性多能干细胞,是一种新型的干细胞。
它是人类成年细胞重新编程而来的,通过某些特殊因素的作用,将细胞重新转化为具有多能性的细胞。
iPS细胞可作为一种新的来源,用于研究和治疗各种疾病。
iPS细胞技术的起源可以追溯到2006年,当时研究人员发现一些特殊的基因可以重新编程成干细胞,并获得了多个生物学奖项。
经过多年的研究,iPS细胞的应用逐渐扩大,已经成为生物科技领域的重要进展之一。
作为一种新的干细胞,iPS细胞有着广泛的用途。
在生命科学领域,它可以用于研究各种疾病的病理生理机制,以及评估药物的安全性和有效性。
在临床实践中,iPS细胞技术可以用于治疗各种疾病,如心脏病、癌症、神经退行性疾病等。
在疾病治疗方面,iPS细胞技术的应用有着广泛的前景。
疾病治疗方面的研究表明,iPS细胞可以通过向患者的身体内注入重新编程的细胞来治疗一些疾病。
例如,患有心脏病的患者可以通过iPS细胞技术产生自己的心血管细胞,这些细胞可以用于替代患有心脏病的组织,从而修复受损的组织。
除此之外,iPS细胞技术还可以用于治疗神经退行性疾病,如帕金森症和脊髓灰质炎。
通过iPS细胞技术,研究人员可以重新编程成脑细胞,这些细胞可以用于修复受损的神经组织,缓解疾病的症状。
虽然iPS细胞技术的应用前景很大,但是目前它仍然存在一些限制。
例如,iPS细胞的品质对于研究和治疗具有至关重要的作用。
目前,研究人员还无法完全精准地判断新的iPS细胞的质量,这也会对其应用造成一些影响。
此外,iPS细胞技术的成本也是一项限制因素。
目前,iPS细胞的制定和培养过程较为复杂且耗费时间较长,这也增加了制定的成本。
因此,在广泛应用iPS细胞技术之前,这些问题需要得到解决。
多能干细胞诱导分化技术及其应用随着生物医学科技的发展,多能干细胞诱导分化技术成为了重要的研究方向。
多能干细胞指的是能够分化成所有细胞类型的细胞,包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞。
而多能干细胞诱导分化技术则是将已分化的细胞通过外源性基因和化学品的作用诱导分化成需要的细胞类型,从而实现治疗疾病的目的。
多能干细胞诱导分化技术的发展多能干细胞诱导分化技术的出现,是基于胚胎干细胞研究的局限性而发展的。
胚胎干细胞具有极强的分化潜能,但传统的胚胎干细胞研究方法面临伦理等问题。
同时,胚胎干细胞也存在着分化方向不确定、筛选分化细胞难度大等问题。
因此,科学家们开始探索利用化学物质或基因对已分化细胞进行诱导分化的方法。
首次成功诱导诱导多能干细胞的研究是2006年日本科学家山中伸弥进行的。
山中伸弥和他的团队通过将四个转录因子(Oct4、Sox2、C-Myc、Klf4)导入小鼠成纤维细胞中,使其重回多能性。
这一研究开创了诱导多能干细胞的先河。
技术的发展使得诱导多能干细胞的操控越来越精准,同时发展出了更多的诱导多能干细胞方法,包括基因、化学物质或多种两者结合的方式等。
而这一技术的进展也为细胞治疗带来了新的可能。
多能干细胞诱导分化技术在细胞治疗中的应用多能干细胞诱导分化技术的最大优势在于:使用自体细胞进行分化和治疗具备良好的生物相容性和免疫避免性,避免了因配型问题带来的排斥问题。
此外,诱导分化还具备可预测性,可以通过操纵诱导分化条件,控制诱导分化细胞的种类和数量。
因此,多能干细胞诱导分化技术在治疗自身缺陷、器官缺陷等疾病方面具有极大的潜力。
在医学上,多能干细胞诱导分化技术已被应用于干细胞治疗、产生心肌细胞、胰岛细胞、神经元等不同类型的细胞。
例如,应用多能干细胞诱导分化技术,已经成功治疗了多种疾病和损伤,如动脉栓塞、心肌梗死、肝炎、糖尿病等。
总体而言,多能干细胞诱导分化技术的出现革新了干细胞治疗的研究方向,并为治疗疾病提供了更广阔的空间。
《人诱导多能干细胞系的建立》篇一一、引言人诱导多能干细胞(Human Induced Pluripotent Stem Cells,简称hiPSC)的发现与建立,是现代生物学领域的一大突破。
这种干细胞具有高度自我更新能力和多向分化潜能,为疾病模型构建、药物研发以及再生医学等领域提供了新的研究工具和治疗方法。
本文将详细介绍人诱导多能干细胞系的建立过程、方法及其在科研和临床上的应用前景。
二、人诱导多能干细胞的建立1. 背景与原理人诱导多能干细胞技术的原理主要是通过特定基因的过表达和转录因子的激活,将成熟的人体细胞重编程为多能性干细胞。
这种方法在技术层面上克服了传统胚胎干细胞研究的伦理问题,同时也为疾病模型构建、药物研发等领域提供了新的研究工具。
2. 实验方法人诱导多能干细胞的建立主要涉及细胞培养、基因编辑和细胞分化等步骤。
首先,从人体获取成熟的体细胞,如皮肤成纤维细胞或外周血细胞等;然后通过基因编辑技术,将特定的转录因子导入细胞中;最后,通过体外培养和分化,诱导这些细胞成为多能性干细胞。
三、人诱导多能干细胞系的应用1. 疾病模型构建人诱导多能干细胞可模拟各种疾病的发病过程,为研究疾病的发生机制和寻找治疗方法提供了有力工具。
例如,通过建立帕金森病、糖尿病等疾病的模型,可以研究疾病的发病机制,并筛选出潜在的治疗药物。
2. 药物研发人诱导多能干细胞可用于药物研发过程中的毒性和药效评估。
通过分析药物对干细胞的影响,可以预测药物在人体内的疗效和潜在副作用,为新药研发提供有力支持。
3. 再生医学人诱导多能干细胞具有分化成多种组织细胞的能力,为再生医学提供了新的治疗手段。
例如,通过诱导干细胞分化成神经元、心肌细胞等,可以用于治疗帕金森病、心肌梗死等疾病。
此外,还可以通过基因编辑技术修复干细胞的基因缺陷,从而治疗遗传性疾病。
四、未来展望随着人诱导多能干细胞技术的不断发展,其在科研和临床上的应用前景将更加广阔。
未来,我们可以期待以下几个方面的发展:1. 技术的进一步完善:随着基因编辑和细胞培养技术的不断进步,人诱导多能干细胞的建立过程将更加高效和稳定。
诱导性多能干细胞的制备与应用多能干细胞是一种能够不断自我更新和分化成各种类型细胞的细胞。
在医学领域,利用多能干细胞可以制备出各种组织和器官,从而实现再生医学的目标。
然而,目前制备多能干细胞的方法存在一定的局限性。
近年来,科学家在诱导性多能干细胞的制备与应用方面取得了一定的进展。
一、多能干细胞制备方法的历史发展最早制备多能干细胞的方法是从胚胎中分离出干细胞。
这种方法被称为胚胎干细胞制备方法。
然而,胚胎干细胞制备方法存在一定的道德争议,因为要破坏胚胎。
2006年,日本科学家山中伸弥发现了一种能够诱导成多能干细胞的方法。
这种方法不需要破坏胚胎,只需要在体外将成人的普通细胞诱导成多能干细胞。
这种多能干细胞被称为人工诱导多能干细胞。
二、诱导性多能干细胞的制备方法人工诱导多能干细胞的制备方法主要有两种。
一种是转录因子刺激法,另一种是化学物质刺激法。
转录因子刺激法是利用一些特定的转录因子来刺激细胞的再生能力。
这些转录因子可以直接进入细胞核,改变细胞内蛋白质的合成,从而改变细胞的功能。
化学物质刺激法是利用一些特定的化学物质来刺激细胞的再生能力。
这些化学物质可以直接进入细胞,改变细胞内蛋白质的合成,从而改变细胞的功能。
三、诱导性多能干细胞的应用1. 组织工程利用诱导性多能干细胞可以制备出各种类型的细胞,包括心脏细胞、神经细胞、血管细胞等。
这些细胞可以用来制备出各种组织和器官,比如人工心脏、人工肝脏等。
2. 肿瘤治疗肿瘤是一种由于细胞的异常增殖而引起的疾病。
利用诱导性多能干细胞可以制备出特定的细胞,比如免疫细胞,来攻击癌细胞,从而实现肿瘤治疗。
3. 神经系统疾病治疗诱导性多能干细胞可以分化成神经细胞,可以用来治疗各种神经系统疾病,比如帕金森病、脊髓损伤等。
总之,诱导性多能干细胞的制备与应用在未来医学领域有着广泛的前景。
虽然目前制备诱导性多能干细胞的方法还存在一定的局限性,但是随着科技的不断进步和发展,相信制备疗效更好的诱导性多能干细胞的方法必将不断涌现,为人类健康事业作出更大的贡献。
诱导型多能干细胞的诱导和应用多能干细胞是可以分化成多种细胞类型的细胞,因此在医学领域中具有很大的应用价值。
从最初的胚胎干细胞到现在的诱导型多能干细胞,细胞技术的发展给医学带来了许多新的治疗和治疗方法。
本文将重点介绍诱导型多能干细胞的诱导和应用。
一、诱导型多能干细胞的诱导诱导型多能干细胞是指在体细胞中引入能够编程的基因,重编程体细胞使其回到多能干细胞的状态。
通过高度重组的DNA序列,可以前向编程成人类多能干细胞。
诱导型多能干细胞具有多能性和自我更新能力,可以用于体外的细胞培养以及治疗。
1.重编程技术诱导型多能干细胞的重编程技术,也称为“基因修饰技术”。
该技术主要通过引入四个转录因子(Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc)来引起干细胞的重编程。
重编程让细胞回到胚胎干细胞的状态,即在若干个基因的表达被抑制的情况下,可以使一般的细胞具有分化成多种细胞类型的能力。
2.邻居细胞(贡献)在重编程时,主要包括两个步骤:将体细胞极度重组为多能干细胞前体状态,并通过紫外线照射或钙离子刺激等方法转化为体外诱导型多能干细胞。
我们认为,主要原因是邻居细胞的影响,使某些基因表达模式被抑制,给它们的细胞成为多能干细胞留下了适合的基因表达模式。
3.对诱导型多能干细胞的诱导对诱导型多能干细胞的培养,我们可以使用多种细胞培养技术。
其中包括基本的细胞生物学、分子生物学技术和诱导生物学技术等。
我们可以通过半固体培养技术、3D细胞培养技术以及微流控芯片技术等方法进行培养。
可以在合适的营养条件和合适的环境中让多能干细胞成熟和分化。
二、诱导型多能干细胞的应用诱导型多能干细胞有着广泛的应用:从治疗一系列疾病到治疗其他疾病。
已经有许多疾病使用多能干细胞疗法治疗,包括心脏病、血液病、神经退行性疾病、糖尿病以及肝脏病等。
1.心脏病的治疗使用诱导型多能干细胞进行心脏病治疗的方法,主要有三种:起搏器、心肌移植和心肌细胞移植。
这些方法都可以直接将多能干细胞移植到心脏或患处进行治疗,可成为心脏疾病的有效治疗方法,改善心肌缺血、心功能障碍,甚至实现心肌再生。
综述诱导多功能干细胞研究涉及的技术作者李建雄09级七年制二系093335 摘要诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)是体细胞在外源因子作用下,经直接细胞核程序重整而重新获得多潜能的干细胞.iPSCs在疾病的模型建立与机理研究、细胞治疗、药物的发现与评价等方面有着巨大的潜在应用价值.在过去几年中,科学家们致力于改进体细胞重编程技术并取得许多突破.本文就iPS细胞研究关键环节—一诱导系统涉及的技术进行综述与展望。
关键词体细胞重编程,诱导多潜能干细胞, 整合型载体,非整合型载体,新型载体,蛋白质转染, 细胞膜的通透性观察,DNA甲基化, RNA干扰实验,信号通路引言干细胞是人体及各种组织细胞的最初来源,具有高度自我复制能力、高度增殖及多向分化潜能,从发现之日起一直倍受学者关注。
20世纪末以来,胚胎干细胞成为各国研究的重点。
然而,胚胎干细胞的获取主要还是来自早期发育的囊胚,而这一阶段涉及许多对生命的界定问题,各国因信仰、民俗及文化背景的不同引起胚胎干细胞研究激烈而敏感的伦理之争;同时,胚胎干细胞的获取和保存也受现实条件的限制。
因此,怎样采用非胚胎材料直接产生多能性干细胞成为生命科学研究发展的重要瓶颈。
作为细胞重编程研究的里程碑,2006年,Yamanaka小组“将Oct4、Sox2、c.Myc和KH4等4个转录因子导入小鼠胚胎成纤维细胞(mouseembryonic fibroblasts,MEFs)中,成功获得与小鼠胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)在表型、生长特性、基因表达和分化潜能等方面高度相似的小鼠诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell) 【1】,从此,iPS细胞的研究日趋火热。
美国Thomson 小组报道了通过转染Oct-4、Sox2、Nanog及Lin284个基因可将人的成纤维母细胞重编程为iPS细胞【2】。
iPS细胞在其形态学、增殖特性、干细胞标志物的表达、表观遗传修饰上都与ESCs无显著差别【3-4】,研究表明:鼠iPS细胞能有效分化为造血和神经祖细胞,并能在体内和体外分化为血液及神经系统的各种细胞【5-6】。
亦有研究证明,人体iPS细胞和小鼠iPS 细胞均可分化为心肌细胞、血管内皮细胞及平滑肌细胞【7-9】;同时,iPS细胞孕育而成的活体小鼠,有力地证明了iPS细胞具有真正的“全能性”【10】。
但到目前为止,iPS细胞的研究才刚刚起步,一些重要的科学问题与关键技术问题还没有完全解决,iPS细胞走向临床应用为时尚早。
本文就近几年iPS 细胞研究所涉及的技术作一回顾,从具体操作上把握iPS 研究和应用方向,加深对ips的认识,以期对有志于此的医学生未来的学习研究工作有所帮助.1、基因导入技术把已知基因转移到真核细胞,并且整合到基因组中得到稳定表达的技术,称为基因导入。
基因导入技术是制备ips细胞的主要技术,而基因载体又是推动无遗传修饰ips细胞的建立的关键。
载体主要有整合型载体、非整合型载体以及新型载体。
1.1.整合型载体介导的基因导入技术早期使用的病毒载体,如逆转录病毒载体、慢病毒载体、诱导表达的慢病毒载体、单一慢病毒载体及piggyBac转座子都属于整合型载体【11】。
反转录病毒载体的结构包括已切除了病毒的结构基因gag,大部分pol和env,以及两侧的LTR,被选择(标记)基因和目的基因插入的多聚位点所取代,同时还带有包装信号ψ。
逆转录病毒载体制备首先要有适当的包装细胞系,以利于产生高滴度的病毒,另外还具有适当的结构。
如:ψ2(第一代包装细胞),PA317(第二代包装细胞),ψ1-CRIP、PG13、DA、CFA(第三代包装细胞),包装细胞可提供逆转录病毒gag、pol和env蛋白才能使带有包装信号及目的基因的病毒载体RNA进行包装,包装细胞只提供gag、pol和env蛋白而不产生具有复制能力的野生型病毒(RCR),而第一代包装细胞可产生RCR,安全性较差;第二代包装细胞,临床上已广泛应用,也未发现产生RCR,安全性好;第三代包装细胞更加安全,第三代包装细胞中主要区别是病毒结构基因中env 不同。
1.2.非整合型载体介导的基因导入技术腺病毒载体、RNA病毒、附着体和质粒都属于非整合型载体。
腺病毒载体[27]、RNA 病毒[28-29]、附着体[30]和质粒[25,31]等非整合型载体已成功制备iPS 细胞,但重编程效率往往较整合型载体低.而且也存在载体基因污染、转基因表达难以精确调控和引起癌变风险1.3.新型载体介导的基因导入技术新型载体中非病毒微环状载体能高效率制备无遗传修饰ips细胞,最近研究发现,仅病毒载体也能重编程体细胞为ips细胞。
Jia 等[25]建立非病毒微环状载体携带Oct4、Sox2、Lin28 和Naong(reprogramming cassette,使用2A 肽段和IRES,高效表达4 个转录因子)诱导脂肪干细胞重编程为iPS 细胞,该载体能高效率制备无遗传修饰iPS 细胞.最近研究[26]发现,仅病毒载体也能重编程体细胞为iPS 细胞,这一发现为利用基因导入技术获取iPS 细胞提供新思路.此外,能高效诱导iPS 细胞的重组腺病毒载体,该载体能高效调控并介导体细胞重编程为iPS 细胞【13-24】。
2、蛋白质转染技术2.1蛋白质转染诱导ips细胞为克服当前基因操作风险,丁胜研究组首次采用蛋白质转染技术制备iPS 细胞[32],添加化学小分子丙戊酸(valproic acid,VPA)情况下,融合穿膜肽11R (poly-arginine) 的蛋白质组合11R-Oct4、11R-Sox2、11R-Klf4、11R-c-Myc 和11R-Oct4、11R-Sox2、11R-Klf4 2 种组合分别将小鼠成纤维细胞重编程为iPS 细胞.随后,Kim 研究组[33]使用融合穿膜肽9R(poly-arginine)的蛋白质组合9R-Oct4、9R-Sox2、9R-Klf4、9R-c-Myc 重编程人新生儿成纤维细胞为iPS 细胞.蛋白质转染技术制备的iPS细胞无任何遗传修饰,避免了基因操作和毒副化学物质带给iPS 细胞的潜在风险,提高了临床应用安全性.蛋白质高效转染技术存在三个核心问题:a.如何实现蛋白质从培养基进入细胞浆;b.怎样避免蛋白质被溶酶体持续俘获;c.如何保证蛋白质从胞浆正确入核.钱其军等通过建立高效双穿膜肽系统【11】,重编程蛋白被核转运蛋白复合体识别而高效入核的同时,导入能破坏蛋白质穿膜时形成巨胞饮泡的小肽,使蛋白质被释放,避免被溶酶体捕获降解.除利用穿膜肽做蛋白质载体外,也可通过增加细胞膜通透性或纳米隧道途径使蛋白质进入细胞,如链球溶菌素O(streptolysin-O, SLO)可增加细胞通透性使ES 细胞提取物进入293T 细胞[35].此外,是否仅用酶来催化相关蛋白实现重编程也有待研究.细胞膜的通透性研究也为蛋白质从胞浆入核提供了依据。
3、化学药物诱导技术体细胞重编程效率低(<0.01%[1, 36])且动力学缓慢(2~3 周),极大制约iPS 细胞研究与应用。
化学物质可以提高重编程效率,并且能功能性替代某些转录因子,其主要通过影响细胞表观遗传修饰和信号转导通路发挥作用。
3.1 表观遗传途径表观遗传修饰在体细胞重编程程中有着重要作用,化学小分子可通过改变体细胞的DNA 甲基[38-39]、组蛋白修饰(乙酰化、甲基化和磷酸化等)[37]等表观遗传特性提高重编程效率。
3.1.1DNA甲基化DNA甲基化的分析方法很多,可分为总基因组甲基化的检测和单基因序列特异性甲基化分析的研究。
总基因组甲基化的检测又分为全基因组序列特异性甲基化分析和基因组非特异性甲基化水平的研究。
前者包括甲基化差异性杂交显示(differential methylation hybridization,DMH)、寡核苷酸微阵列法和基因组限制性酶切扫描法(restriction landmarkgenomescanning,RLGS);后者包括3H—SAM掺人后液闪检测法和高压液相色谱法。
对单基因序列特异性甲基化分析包括传统的甲基化敏感的限制性内切酶(methylation sensitive restriction endonucleases,MSREs)分析、比较简洁的甲基化特异性PCR(methylation specific PCR,MSP)、全面反映甲基化情况的亚硫酸氢钠变性后测序(bisulfitegenomic sequencing)、甲基化敏感性单核苷酸引物扩增(methylation sensitive single nucleotide primer extension,Ms—SnuPE)、较新颖的甲基化荧光检测(methylight)、结合亚硫酸氢钠变性的限制性酶分析(combined bisulfite restrictionan alysis,COBRA)、酶的区域性甲基化特异性分析(enzymatic regional methylation assay,ERMA)和变性高压液相色谱法(denaturing high performance liquid chromatography,DHPLC)。
3.1.1.1甲基化敏感的单核苷酸的扩增(Ms—SnuPE)Ms—SnuPE即甲基化特异的单核苷酸扩增,它能对不同甲基化特异位点进行快速定量,是一种快速估计特异性CpG位点甲基化不同情况的定量方法。
先用重亚硫酸盐处理基因组DNA,未甲基化的胞嘧啶全部转化为尿嘧啶,而甲基化的胞嘧啶不变。
进行PCR扩增,然后取等量扩增产物置于2管中,分别作为Ms—SnuPE单核苷酸引物延伸的模板。
设计用于Ms—SnuPE延伸的引物的3’端紧邻待测碱基。
同时于2个反应体系中加入等量的Taq酶、引物、同位素标记的dCTP或dTTP。
这样,如果待测位点被甲基化,则同位素标记的dCTP会在反应延伸时连于引物末端;若是未被甲基化,则标记的dTTP参与反应。
末端延伸产物经电泳分离和放射活性测定后可得出C/T值,即为甲基化与非甲基化的比值,从而分析得到待测片段中CpG位点甲基化情况。
3.1.1.2甲基化敏感限制性内切酶(MSRE)法MSRE是一类对其识别位点含有甲基化碱基敏感的限制性内切酶,目前至少已发现320种。
此类酶如在其切割位点中含有一个甲基化碱基,则它们中的绝大多数就不能切割DNA。
MSRE法是基于甲基化敏感Ⅱ型限制性内切酶不能切割含有一个或多个甲基化切点序列的基本原理。
用甲基敏感Ⅱ型内切酶及其同工酶(对甲基化不敏感)切割含有一个或多个甲基化CpG序列的片段,然后用DNA印迹法分析。