诱导多功能干细胞（诱导性多能干细胞最新研究进展）

诱导多能干细胞(诱导多能干细胞的最新研究进展)

诱导多能干细胞(iPS细胞)最初是一种类似于胚胎干细胞的细胞类型，由日本科学家山中伸弥于2006年通过将四种转录因子(Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc)的组合转移到带有病毒载体的小鼠胚胎或皮肤成纤维细胞中并对其重新编程而获得。这些诱导多能干细胞在形态、基因和蛋白质表达、表观遗传修饰状态、细胞增殖能力、胚状体和畸形发生能力、分化能力等方面与胚胎干细胞非常相似。

2007年11月，由中国科学家于领导的Thompson Lab和shinya yamanaka Lab报道，人类皮肤成纤维细胞被成功诱导成与胚胎干细胞几乎相同的ips细胞。不同的是，日本实验室仍然使用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4，而Thompson实验室使用慢病毒载体引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28。

与胚胎干细胞相比，iPS细胞不会引起伦理问题，而且宿主自身的成体细胞(如皮肤细胞、血细胞等)。)将被重新编程为iPS细胞并移植回同一个体，这可能不会引发免疫反应。此外，ips细胞非常适合构建疾病模型，但iPS细胞用于治疗时存在风险:当iPS细胞移植到体内时，可能会发生肿瘤。

基于此，小编针对近年来ips细胞研究取得的进展，为读者进行梳理。

1.干细胞研究与开发；Ther:源自老年人的人类诱导多能干细胞的间充质干细胞可能能够“再生”

doi:10.1186/13287-019-1209-x

原代间充质干细胞(MSCs)的使用往往充满了与年龄相关的缺陷，如扩增受限和过早衰老等。诱导多能干细胞来源的骨髓间充质干细胞已被证明是MSCs的游泳临床来源，可有效克服与衰老相关的一些缺点。这一概念的重要性体现在一项一期临床试验的治疗中。

图片来源:journal.frontiersin.org

最近，一篇发表在国际杂志《干细胞研究&治疗》上的研究报告中，来自海涅大学和其他机构的科学家分析了如何在骨髓间充质干细胞中获得与再生相关的迹象。研究人员比较了从胚胎干细胞(ESCs-H1)和iPSCs(诱导多能干细胞)分化的间充质干细胞在细胞特征、转录组和分泌组方面的差异。ipscs起源于年轻人和老年人的MSCs，ipsCs制作的iMSCs(独立于来源)符合MSCs的标准。此外，系统树分析结果证实，所有间充质干细胞和亲代间充质干细胞的转录组可以聚集在一起，但它们不同于多能干细胞。

不考虑供体的年龄和初始细胞类型，iMSCs可以获得50个与活力恢复相关的基因特征，这些特征将在多能干细胞中表达，但在亲代MSCs中不表达。值得注意的是，在再生医学研究中，iMSCs可以获得类似于原代MSCs的分泌蛋白组，这突出了其通过旁分泌信号通路传导的能力。

2.干细胞记者:科学家利用诱导多能干细胞开发了一种有效的3D人工血脑屏障！

doi:10.1016/j . stem Cr . 2019 . 01 . 009

范德比尔特大学的研究人员朝着在培养皿中培养大脑的目标迈出了一大步。他们成功地将诱导多能干细胞的培养物诱导成三维血脑屏障模型。

未来的药物测试和疾病研究依赖于通过类器官(人体器官的体外模型)来确定药物的疗效和效力。在脑器官中复制内皮功能障碍非常重要，因为必须保护大脑免受血液中物质的影响。

研究人员过去通过在二维培养皿中诱导多能干细胞来培养大脑内皮，但他们没有在三维水平上进行验证。

“过去，在开发药物后，人体试验只是在动物身上进行初步试验后才进行，但我们现在意识到，这种方法存在一些问题。”生物化学和生物分子工程副教授伊森·利普曼博士说。“我们计划使用这些模型来完成所有其他临床前研究。”机械工程副教授莱昂·贝兰是这项研究的另一位通讯作者。他说，这种方法甚至比以前的二维器官芯片更好。研究结果最近发表在《干细胞报告》上。

3.NAT biotechnol: CRISPR在iPS上放了一件隐身衣！解决移植排斥问题！

doi:10.1038/s 14587-019-0016-3

近日，美国加州大学旧金山分校的科学家首次利用CRISPR-Cas9基因编辑系统，创造了第一个“隐形”的免疫系统多能干细胞，这是生物工程的壮举。这种方法成功地防止了实验动物模型中干细胞移植的免疫排斥反应。因为这种通用干细胞比患者定制的干细胞更容易生产，这种方法使我们离实现再生医学的最终目标又近了一步。

“科学家一直在吹捧多能干细胞的治疗潜力，多能干细胞可以生长成任何成人组织，但免疫系统是安全有效的干细胞治疗的最大障碍。”这项研究的主要作者，旧金山加州大学心脏外科讲座教授托比亚斯·德乌斯博士说。

为了使免疫资源网络系统无法识别这些干细胞，研究人员利用CRISPR-Cas9系统敲除干细胞主要组织相容性复合体(MHC)1和2对应的基因，使其高度表达CD47。发现来自小鼠和人的iPSCs都失去了免疫原性。这种非免疫原性的ipsCs可以保持其多能干细胞的潜能和分化能力。

从无免疫原性小鼠或人ipsCs分化而来、来源于资源网络的内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞成功避免了MHC完全错配的同种异体受体的免疫排斥，无需使用免疫抑制剂即可长期存活。这些发现表明，这种非免疫原性细胞移植物可以进一步开发为通用移植产品。

4.日本利用干细胞疗法进行临床试验来治疗脊柱损伤

新闻来源:日本用干细胞治疗脊髓注射试验

最近，日本研究人员将使用干细胞进行临床试验，试图治疗脊髓损伤。东京庆应义塾大学的研究团队已经获得政府批准，使用所谓的诱导多能(iPS)细胞治疗严重脊髓损伤患者，这种细胞可能会发展成体内的任何细胞。

(来源:www.pixabay.com)

该大学表示，该试验预计将于今年晚些时候开始，最初将重点关注4名术前14至28天内有脊柱损伤的患者。该团队将把200万个iPS细胞移植到患者的脊柱中，然后进行一年的康复治疗和监测。该大学补充说，对参与者人数的严格限制是必要的，因为这一过程是“前所未有的，是世界上第一次临床试验”。

据报道，这项研究将针对18岁或以上完全丧失运动和感觉功能的患者进行。研究人员表示，这项实验的主要目的是确认移植细胞的安全性和移植方法。

5.PNAS:细胞替代疗法可以用来治疗肌营养不良

doi:10.1073/PNAS . 18083 . 303111116616

明尼苏达大学医学院最近的一项研究为用细胞疗法治疗肌营养不良带来了新的希望。在发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)的这项研究中，作者深入研究了体外产生的细胞如何达到肌肉再生的目的。

多年来，研究人员率先在体外从多能干细胞中产生肌肉干/祖细胞。这些细胞移植到患有肌营养不良症的小鼠体内后，可以产生新的功能性肌肉。现在，研究人员已经推进了这些研究成果，并首次确定了培养皿中产生的肌肉干细胞的分子特征。

作者说:“虽然移植的肌肉干细胞看起来与成年肌肉细胞不同，但它们看起来不再像胚胎细胞，因此这些细胞在移植到肌肉环境后会发生变化。

“我们很早就知道肌肉干细胞移植后会发育成新的肌肉细胞，但这个过程中对组织环境的影响尚不清楚。在这方面，我们已经了解了环境发挥的具体作用，这是一个令人兴奋的发现，”作者说。“从分子和功能水平了解这些细胞移植后的变化，对于为未来的治疗应用提供理论基础尤为重要。”

6.eLife:科学家发现与自闭症相关的基因突变

doi:10.7554/eLife.40092

近日，在国际期刊《eLife》发表的一篇研究报告中，加拿大多伦多大学病童医院的科学家阐明了神经细胞突变对人类自闭症相关特征的影响。如今，自闭症谱系障碍和自闭症患者往往会对一种特殊疗法产生反应，那就是用诱导多能干细胞(ipsCs)衍生的神经元细胞治疗患者，这种细胞可以产生人体所需的任何类型的细胞。然而，较高的成本意味着在一次测试中只能使用少数诱导多能干细胞，这显然限制了自闭症的研究。因此，研究人员在自闭症研究领域不断取得新的突破。

在这项研究中，研究人员建立了一个可扩展的iPSC衍生神经元模型，以改进自闭症领域的研究，并开发了一个新的资源库，其中包含53个不同的iPSC细胞系，这些细胞系来自25个携带广泛罕见基因突变的自闭症个体。利用CRISPR基因编辑技术，研究人员开发了具有四个等价基因(相同或相似的遗传组成)的ipsC细胞系，这些细胞系携带或不携带遗传突变。他们想通过研究阐明突变对个体自闭症特征的影响。

研究员Eric Deneault博士表示，我们使用大规模多电极阵列神经元记录和更传统的膜片钳记录来研究ipsC细胞系的突触和电生理特征，结果揭示了遗传突变和神经元细胞特征之间的许多有趣的相关性。最让研究人员难以置信的研究发现是，缺少CNTN5或EHMT2基因的神经元会有一致的自发神经网络过度活跃，从而诱发人具有自闭症特征。这种极其活跃的神经网络的发现，与目前研究者对自闭症的看法是一致的，为后期进一步研究自闭症的发病机制提供了新的思路和希望。

7.基因治疗:科学家们开发了一种新的系统来有效地对干细胞进行重编程

doi:10.1038/s 14434-019-0058-7

诱导多能干细胞是许多再生医学研究的主要力量。它们可以从分化细胞开始，当暴露于一系列复杂的基因混合制剂时，资源网络将被重新编程为多能干细胞。近日，在国际期刊《基因治疗》发表的一篇研究报告中，来自梅奥诊所的科学家通过研究表示，通过使用麻疹病毒载体，他们可以实现将4个重编程因子的多载体过程转化为一个称为单周期的载体。该工艺安全、稳定、快速，可用于临床。

此前，可以将四种重编程因子(蛋白质OCT4、SOX2、KLF4和cMYC)引入细胞，诱导其以适当的方式发生变化，从而达到研究者的预期结果，这将导致潜在的部分重编程细胞的出现，因为并非所有细胞都接受了重编程所需的四种因子；在这项研究中，研究人员将上述四种重编程因子整合到麻疹病毒载体中，使这一过程一步完成，所有靶向细胞都有可能被重编程。

值得注意的是，研究人员使用的麻疹病毒是减毒的，即去除了病毒的危险因素，就像在疫苗中一样。同时，病毒还可以作为运输其他遗传物质的载体。麻疹病毒因其安全、快速、靶向性强，常被研究者使用。最后，研究人员指出，没有基因组修饰的临床可用的重编程系统可能使诱导多能干细胞疗法的广泛应用成为可能。在这些疗法中，研究人员可以使患者自身的细胞重新编程，从而在特定的疾病器官中发挥作用，避免细胞排斥的风险。

8.细胞:新的研究有望提高干细胞重编程的效率

doi:10.1016/j.cell.2019.01.006

单细胞RNA测序(scRNA-seq)可以揭示单个细胞在给定时间表达哪些基因，可以提供大量关于细胞如何随时间变化的数据。然而，scRNA-seq可以破坏细胞，因此科学家无法准确追踪细胞从一种状态转变为另一种状态时所走的发育路径。因此，人们不太了解细胞在正常胚胎发育期间或从成熟状态重新编程为干细胞状态时是如何转化的。

在一项新的研究中，为了解决这个问题，美国布罗德研究所(Broad Institute of America)的研究人员使用了一种被称为“最优运输”的强大数学方法来构建一个名为Waddington-OT的框架。然后，他们在干细胞重编程的大规模scRNA-seq时间过程研究中使用这种方法来预测细胞群将如何从一种状态改变到另一种状态。它为生物学提供了新的分析能力和巨大的发展路径数据。相关研究成果于2019年2月7日发表在《细胞》杂志上，论文题目为“重编程中发育性状的单细胞基因表达同一性的最佳转运分析”。

图片来自cell，2019，doi: 10.1016/j.cell.2019.01.006。

具体来说，这些研究人员在一项大规模的scRNA-seq研究中使用Waddington-OT来跟踪将成熟细胞(在这项研究中是小鼠成纤维细胞)重新编程为诱导多能干细胞(ipsC)的发育过程。在将Waddington-OT应用于生成的数据集后，他们发现细胞重编程在发育过程和状态方面引起了比以前想象的更广泛的变化。例如，在这种重编程的一天半内，他们观察到这些细胞开始分裂成两个主要的细胞群:一个细胞群产生基质样细胞(支持结构和结缔组织细胞)；另一个细胞群经历上皮-间质转化(EMT)，产生类似于ipsC、神经元和胎盘细胞的细胞。此外，他们观察到这些早期细胞的命运并不固定:一些在一个细胞群中开始发育的细胞随后转化为另一个细胞群中的细胞。

在随后的实验中，这些研究人员根据Waddington-OT的预测结果，探索了在重编程细胞中添加一种叫做Obox6的转录因子和一种叫做GDF9的细胞因子可能会如何影响重编程效率。正如Waddington-OT预测的那样，这两种蛋白质因子增强了干细胞的增殖，这表明Waddington-OT可能有机会提高这一重编程过程的效率。

9.细胞干细胞:重大突破！多能干细胞首次被诱导产生杀死肿瘤细胞的成熟T细胞

doi:10.1016/j.stem.2018.12.011

在一项新的研究中，旧金山加州大学的研究人员首次证实，他们开发了一种诱导多能干细胞的技术——它们可以产生身体中的每种细胞类型，并且可以在实验室中无限期生长——以产生能够杀死肿瘤细胞的成熟T细胞。这项技术使用一种叫做胸腺器官的三维结构。这种人工胸腺器官通过模拟胸腺环境发挥作用。在胸腺中，T细胞由造血干细胞产生。相关研究成果于2019年1月17日在线发表在《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上，标题为“有机ID诱导常规t细胞向人多能干细胞分化”。本文的通讯作者是旧金山加州大学的盖伊·克鲁克斯博士。

在人工胸腺器官中，人类胚胎干细胞产生T细胞(红色轮廓)。图片来自加州大学洛杉矶分校远大干细胞研究中心/细胞干细胞。

t细胞是抵抗感染的免疫系统细胞，但它们也有消除癌细胞的潜力。利用美国加州大学旧金山分校开发的这项技术，自我更新的多能干细胞产生T细胞的能力，可能会引领人们开发新的癌症免疫疗法，也可能会促进人们进一步研究针对HIV等病毒感染和自身免疫性疾病的T细胞疗法。这项技术最有前途的一个方面是，它可以与基因编辑方法相结合，在不使用患者自己的T细胞的情况下，为大量患者创造几乎无限的T细胞供应。

10.国家神经科学:科学家阐明自闭症谱系障碍的分子机制

doi:10.1038/s 14593-018-0295-x

自闭症谱系障碍(ASD)是一种相对常见的沟通和行为发育障碍，影响着美国1/59儿童的健康。虽然这种疾病如此流行，但研究人员不清楚这种疾病的原因以及如何有效治疗。近日，在国际期刊《自然·神经病学》发表的一篇研究报告中，来自索尔克研究所的科学家将ASD个体身体的干细胞与正常个体身体的干细胞进行了对比，首次阐明了ASD个体身体。细胞发育模式和速度的差异；相关研究结果可能有助于研究者开发早期诊断房缺的新方法。

研究员Rusty Gage表示，虽然我们在这项研究中对培养细胞进行了研究，但相关结果可能有助于我们了解基因表达的早期变化如何导致ASD个体大脑发育的变化，这项研究可能为以后神经精神和神经发育障碍的研究提供新的思路和方法。在这项研究中，研究人员研究了8名ASD个体和5名正常个体的干细胞，将其转化为多能干细胞，然后将这些多能干细胞暴露于特定的化学因子中，以诱导其转化为神经元细胞。

利用干细胞在不同发育阶段的分子“快照”信息，研究人员可以在干细胞发育为神经元的过程中，以特定的顺序追踪处于开放状态的细胞的遗传程序，这可能揭示了细胞与ASD个体的关键差异。例如，研究人员观察到，在ASD细胞中，与神经干细胞相关的遗传程序将在早期开启。这个基因程序包括许多与自闭症高风险相关的基因。此外，与对照组相比，ASD个体发育产生的神经元细胞会快速生长，并表现出更复杂的分支。

研究人员西蒙·斯查费说，目前，科学家们假设早期大脑的异常发育会导致自闭症，但他们不知道正常发育的大脑是如何转化为ASD的表达的。在这项研究中，研究人员确定了关键的发育阶段和相关的细胞状态，这可能有助于研究人员发现房缺过程中的共同病理特征。相关研究结果可能有助于研究者完善当前的方法框架，了解患者出现疾病症状前的早期细胞生物学事件。同时，这项研究也可以帮助研究者开发更动态的方法来研究ASD发生和进展的各种机制。

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