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细胞治疗——ips的新时代,不知道就out了!

时间:2021-09-22 10:53 作者:美亚生物 点击:

ips细胞,英文全称为induced pluripotent stem cells,中文全称是诱导性多能干细胞,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。详细解释就是向皮肤组织等细胞中导入特定基因或是特定基因产物(蛋白质),使该体细胞变为具备如同胚胎干细胞般,具有分化成各式细胞的多功能分化能力,并且可以持续增生分裂。

2006年7月,日本科学家山中伸弥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,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。自此ips细胞的转化研究拉开序幕。
 

诱导性多能干细胞技术(简称 ips 技术)使用病毒载体将特定转录因子转入诱导细胞中进行重新编程,从而获得 ipsc 使其再次获得多向分化及自我更新的能力。

ips 细胞生成主要依赖于诱导基因。例如, oct -3/4基因家族和 sox 基因家族的某些成员已被科学家鉴定为参与诱导过程的关键转录调控因子,实验表明,在诱导过程中缺少它们,诱导将无法进行。此外,如 klf 家族成员(klf1,klf2,klf4和klf5), myc 家族( c - myc , l - myc , n - myc ), nanog 基因和lin28基因也被科学家们证实为可以提高诱导效率的因素。


图示为猪成纤维细胞经病毒转染重编程为 ips 细胞过程,分别于第0、2、3、4天对细胞做了相应处理,在病毒转染重编程作用下,历经15天细胞形态逐步改变,脱分化形成 ips 细胞。(a .猪的原代成纤维细胞在病毒转染前的形态; b .在病毒转染6天后猪成纤维细胞形态的改变; c .病毒转染13天后形成类 es 型 ips 细胞群)

 

体细胞重编程获得ips小鼠流程

1.由于可以直接来自成人的成熟分化细胞(常见皮肤细胞等),相对于esc更具可预见性,不必担心其分化后成体健康状态问题。

2.其制备仅需少量供体细胞,保证其遗传多样性。

3.可以通过诱导分化无限培养,细胞株数量不受限制,可降低成本并保证细胞一致性。

4.无需从胚胎提取,来源更便捷,同时避开了伦理问题。

5.自体提供,免疫排斥小。

 

1. 利用人 ips 细胞成功实现末梢神经再生

2020年8月,京都大学 ips 细胞研究所的研究人员验证了利用人工多能干细胞( ips 细胞)源间充质干细胞( imsc )制备的生物3d神经导管对末梢神经再生的有效性和机制。

a :( a - d )光学显微镜下的横截面(甲苯胺蓝染色法),( e 、f )透射电子显微镜的极薄横截面比例尺:( a 、b )1000um,( c 、d )50um,( e 、f )2um

b :生物3d神经导管移植组的髓鞘化轴突数量多,轴突直径大,髓鞘厚( p <0.01)

研究团队将免疫缺陷大鼠的坐骨神经切断5mm进行了验证,虽然在作为生物3d神经导管移植的对照组使用的硅胶管移植中,切断的神经也在术后8周实现再生,但对形态、运动性、电生理学和肌肉重量进行评估发现,生物3d神经导管移植组的再生神经明显处于优势。另外,在移植的生物3d神经导管的内侧和表面都观察到了新生血管,确认 imsc 的皮下移植具有促进血管新生的功能。以上结果表明,利用 imsc 制备的生物3d神经导管能有效实现末梢神经再生,将来有望为临床应用做贡献。
 

2.利用ips细胞修复大脑损伤

2021年4月21日,美国加州大学洛杉矶分校和芝加哥大学的研究团队在 science 子刊 science translational medicine 期刊发表了题为:patient-derived glial enriched progenitors repair functional deficits due to white matter stroke and vascular dementia in rodents 的研究论文。

研究团队使用人工诱导多能干细胞(ipsc)诱导分化而来的神经胶质细胞注射到具有人中风和痴呆症状的小鼠模型的大脑,成功修复了其大脑损伤并改善记忆功能。这项研究表明,这种基于ips的干细胞疗法,能够激活大脑的自我修复,阻止大脑白质中风的进行性发展,防止痴呆症的出现。

痴呆症可由多种情况引起,其特征是包括记忆力、注意力、沟通和身体协调等出现一系列问题。 痴呆症的两个最常见原因是阿尔茨海默症和大脑白质中风,而这是一种恶性循环,痴呆症的这两种主要原因几乎总是一起出现,而且相互促进。 目前全世界有数千万人受痴呆症的困扰,而且随着人口老龄化,这一数字还将激增。 当前,尚无任何疗法能够阻止大脑白质中风的发展或增强大脑在白质中风发生后自我修复的能力。

该团队使用了加州大学洛杉矶分校 bill lowry 教授发明的一种方法,该方法通过用一种名为甲磺酸去铁胺(deferoxamine)的药物处理人工诱导多能干细胞(ipsc)来快速产生大量神经胶质细胞。这些胶质细胞是围绕并支持中枢神经系统中神经元的细胞。 这些人工诱导多能干细胞(ipsc)来自皮肤或血细胞,这些细胞或血细胞已被重新编程为胚胎干细胞样状态,科学家可以从中创造出理论上无限量的任何细胞类型。

研究团队使用了具有和人类痴呆症早期或中期脑损伤类的小鼠模型,将胶质细胞注射到这些小鼠模型的大脑。 注射后,这些细胞会传播到大脑的受损区域,并分泌出生长因子,刺激大脑干细胞发起修复反应。激活该修复过程不仅抑制了大脑损伤的进程,而且还增强了新的神经连接形成,并增加了髓磷脂的产生,髓磷脂是一种覆盖并保护神经元连接的脂质。

大脑白质中风损坏了脑组织(左),通过神经胶质细胞疗法对其进行了修复(右)。髓磷脂(红色)是一种保护神经元之间连接的脂质,由于大脑白质中风而丢失。如右图所示,神经胶质细胞(绿色)疗法可恢复失去的髓磷脂并改善大脑神经元的连接。

研究团队还发现,即使移植后几个月这些胶质细胞消除了,小鼠大脑的恢复也不会受到影响。这是因为该疗法主要是通过唤醒大脑来激活大脑的自身修复。因此,不需要这些被移植的细胞长期存在。

3. 利用ips细胞技术将成体干细胞改造成感光细胞,使失明重见光明

2020年4月15日发布在nature杂志上的一篇文章中,其科研团队开发出一种技术,把皮肤细胞直接改造成视网膜的感光细胞一一感受光的神经细胞。将这种改造后的细胞移植到小鼠眼睛中,失明小鼠得以重见光明。

移植3个月后,依然存活的 cipcs (绿色)整合进了小鼠的视网膜

研究作者之一 anand swaroop 博士总结说:“这是首次有研究显示,直接用化学重编程,可以产生视网膜样细胞,这让我们在为年龄相关性黄斑变性等视网膜疾病开发疗法时,有了一种更快的新策略。

事实证明, ips 技术的发展前景是极为广阔的,这在临床医学及疾病分析方面体现的尤为明显,例如治疗神经退行性疾病,修复受损组织,进行有效疾病模型制作,该技术在这些方面都体现出了极大的优势。它近乎完美的避开了诸多道德伦理及法律问题,适用于多种细胞类型,对组织修复或疾病治疗效果显著,大大推进了临床医学及生物学的进一步发展。 ips细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景,或可成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。

(责任编辑:美亚生物)

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