诱导多能干细胞(IPS)如何走向成熟?

2011-09-22 07:00 · pobee

美国和日本两个独立研究小组分别发表论文,宣布他们的研究人员成功地将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的“万能细胞”。

导读:美国和日本两个独立研究小组分别发表论文,宣布他们的研究人员成功地将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的“万能细胞”。这一成果有望使干细胞研究避开一直以来面临的伦理争议,从而大大推动与干细胞有关的疾病疗法研究。

皮肤纤维细胞

学界评价这一突破为生物科学的“里程碑”,同时可能意味着风靡一时的胚胎干细胞克隆技术退出舞台。

诱导多能干细胞(iPS): 2006年日本京都大学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4种转录因子(Oct3、Sox2、c-Myc和Klf4)的基因重组到病毒载体上,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、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。

技术路线

细胞重编程: 是指细胞内基因表达模式的改变,最终表现在细胞的生物学特性的改变,比如,分化的细胞去分化,或者是分化的细胞直接转分化。

山中伸弥:  与人体胚胎细胞类似,这种人体万能细胞能应用于人体组织形成、功能研究、新药试验和移植医疗等。

 

詹姆斯:  这项技术尚不能完全取代胚胎细胞克隆技术,因为现阶段的实验方式存在潜在副作用。逆转录酶病毒“改造”皮肤细胞,这种病毒可能使基因产生变异,引发肿瘤等副作用。因此,在评估和克服这一潜在风险前,“万能细胞”还不能用于器官移植等临床应用。

 

存在的缺陷

iPS有可能携带大量的突变。有4个研究小组在iPS细胞基因组中发现了DNA单碱基突变、DNA重排及染色体数量的差异。更为糟糕的是,研究人员证实这些iPS细胞中的一些突变并非来自起源细胞,有可能是由于重编程及培育过程所导致。Loring的研究小组报道说他们在诱导iPS细胞分化为心肌细胞过程中发现了基因重排的细胞。

寻求新方法

转座子诱导

Kaji 和Woltjen采用转座子进行诱导,获得了无病毒载体和转基因的iPS细胞,其中细胞来源于人类胎儿的纤维母细胞;基因包括Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4;载体为piggyBac转座子。其优点是提高了安全性,不易使基因癌化,且能通过转座子的切除获得无载体和转基因的IPS细胞。

蛋白诱导技术

利用细胞重组因子(Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4)与细胞穿透肽融合诱导人成纤维细胞。蛋白诱导技术是目前唯一完全避开基因操作的IPS技术,避免了用病毒作为载体、DNA感染与潜在有害化学药物的风险。尽管蛋白诱导技术十分优越,但也存在一定的问题,例如,成本高、蛋白稳定性差。

DNA微环诱导

Jia 将重编程基因Oct4、Sox2、Lin28、Nanog和GFP标记基因导入DNA微环中,成功对脂肪干细胞进行重编程。这种微环不携带细菌DNA,此外,由于微环遗失了细胞分裂的相关基因,使得本身不能复制从而保证其稳定性。

皮肤细胞造精子

英国纽卡斯尔大学的科学家用干细胞首次制造出了人类精子。这对成千上万的不育男性来说无疑是个福音,也许只是从身上取下一小块皮肤,就可以让他们做父亲。不过,这一尖端技术引起了医学和伦理上的争议,因为这意味着可以完全凭人工手段生孩子,甚至让死了很长一段时间的男子也可以做“父亲”。

用皮肤细胞制造精子的过程要复杂一些,先将这些细胞放入用化学物质和维生素调合成的混合物中,使细胞的生物钟回到胚胎干细胞阶段,之后再转变成精子。最后,利用试管受精技术将这些人造精子注入卵子,使卵子受精,这样就可以让那些自身不能产精的男子有自己的孩子。

皮肤细胞变“心脏”

新加坡国家心脏中心一组科研人员取得重大医学突破,他们通过无菌的方式,成功将人体皮肤改造成人类诱导多能干细胞,并培育出与普通心脏一样具有脉搏跳动功能的心脏肌细胞,希望以此为心脏衰竭病患提供多一种治疗方式。

由于皮肤组织来自于病患本身,改造后的细胞特性与体内细胞相同,因此在植入身体后,不必担心会产生排斥反应,也不需要用到免疫抑制药物。”

皮肤细胞培育出神经元

巴西里约热内卢联邦大学胚胎干细胞国家实验室的科研人员利用一种可诱导皮肤细胞去分化成多能干细胞的技术,在实验室里获得痴呆症患者的神经元。

目前,该技术可用来制作一种疾病的精确模型,通过诱导多能干细胞产生的神经细胞来复制疾病发生的条件,有助于科学家认识与治疗这类脑疾病。

 

皮肤细胞培育出肝细胞

剑桥大学的科学家利用肝病患者的皮肤小样本生成了患病的肝细胞。该发现第一次证实干细胞可以用于构建大量的遗传疾病模型,为肝病患者开发新的治疗方法创造了希望。

从七个各种遗传性肝病患者和三个健康个体(对照组)身上获取了皮肤活组织。然后他们将皮肤细胞重编程使之转变为干细胞。这些干细胞进而被用来生成模拟各种肝病的肝细胞。研究者第一次使用干细胞制造出了患者特异性的肝病模型,而从对照组获得的细胞则生成了“健康”的肝细胞。且研究者证实造模的三种疾病病理机制完全不同,证明了此研究有潜力被运用到各种病症中。

 

多能干细胞

https://www.biodiscover.com/news/cell/video/1368.html

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