幹細胞領域近十年相關研究趨勢匯總

文章來源於：生物谷，版權歸原作者所有

2018年8月14日 訊 /生物谷BIOON/ --多能性幹細胞能夠分化形成機體的任意一種細胞類型，這一特性使其對於再生醫學以及藥物發現具有深遠的意義。在過去十年來，科學技術的發展使得幹細胞在各細分醫療領域，例如疾病模型的建立以及藥物開發等方面的應用都有了長足的進展，誘導性多能幹細胞作為胚胎幹細胞的備選方案潛力十分巨大。

胚胎幹細胞製備技術的發展

早在上個世紀末，科學家們已經成功地分離得到了人源胚胎幹細胞，並且在幹細胞領域的研究取得了連續突破。然而，由於倫理的約束，使用或破壞人類胚胎是無法允許的事情。很多國家也立法限制使用人類胚胎作為研究對象。這一處境使得科學家們不得不尋找其它的替代性方案。

單卵裂球技術(Single blastomere technology)就是其中之一。2006年，Chung等人首次利用小鼠胚胎幹細胞作為研究對象開發出了這種不破壞胚胎的幹細胞分化技術，同一年該技術在人源胚胎幹細胞中得到了適用。基於這一技術，研究者們可以從胚胎的「桑椹胚(八細胞)」階段提取單個細胞或單個卵裂球進行體外培養，從而得到幹細胞株。該技術的特點是：分離單個細胞並不會影響胚胎剩餘部分的正常生長與分化。事實上，單卵裂球技術是基於上個世紀九十年代在體外受精臨床實踐中使用的移植前診斷技術開發得到的。如今，針對體外受精的遺傳診斷對象已經改為中後期的胚胎樣本，以期降低對胚胎造成的損傷。綜上所述，這種對多細胞胚胎進行取樣的幹細胞分化技術的應用十分狹窄，到如今也沒有被研究者們廣泛使用(儘管根據clinicaltrials.gov網站上的信息，有6個14hESC的臨床試驗使用了通過該技術分化得到的細胞系MA09)。

體細胞核移植技術是另外一類不破壞胚胎的製備人源幹細胞的技術。1990年代到2000年代，這項技術在牛、豬、小鼠水平分別得到了成功的驗證，但由於多種原因(包括經費限制、審批監管等等)，直到2013年才在人體進行了首次嘗試。這項技術的關鍵在於將未受精卵子中的細胞核取出，並且移植一個來自於普通體細胞的細胞核。通過體外精細的培養以及來自於母本卵子中的因子的刺激，能夠最終分化形成幹細胞系。第一個被報道的人源核移植胚胎幹細胞系是利用胚胎以及嬰兒的體細胞作為核供體，隨後的報道中則使用了成年男性的體細胞作為核供體。這表明核移植胚胎幹細胞分化的成功與否與供體的年齡並無關係。儘管如此，和移植技術並沒有被廣泛使用，原因在於其對卵子質量以及對顯微注射技術的較高要求。此外，對於人類卵子的需求也成為了該技術難以普及的障礙。儘管只有少數實驗室能夠成功地製備核移植胚胎幹細胞系，未來該技術的發展仍存在較大空間。2016年，抱川中文醫科大學得到了韓國政府的支持，被允許能夠使用600個冷凍卵子用於製備人源胚胎幹細胞開發針對各種疾病的治療方法。隨著研究者們不斷地尋找提高核移植幹細胞製備技術的手段，將來可能能夠成為一類常用的幹細胞製備技術。

誘導多能性幹細胞技術(ips)的問世與發展

與常規的人源幹細胞製備技術能夠相提並論的最重要的備選技術就是誘導多能性幹細胞技術了。該技術於2006年首次被發明，並於2007年首次在人類細胞上進行嘗試。IPS技術避免了對胚胎、卵子的使用或破壞，從而很好地解決了長期以來在幹細胞研究領域無法規避的倫理問題。IPS細胞是通過對體細胞誘導突變使其重新回到幹細胞狀態的就似乎，而培養過程中加入的刺激因子能夠啟動重編程的過程。ips技術是幹細胞研究領域的重大突破，該研究的主要貢獻者山中伸彌與在細胞重編程領域的先驅約翰.戈登分享了2012年的諾貝爾生理學與醫學獎。

如今，製備IPS細胞的方法出現了很多新穎性的突破，包括不同的分化因子，不同的誘導方法以及不同的初始細胞類型等等。最初的人源IPS(山中伸彌等人成果)是利用Oct4、Sox2、Klf4以及c-myc基因共同誘導得到的，其中c-myc是通過反轉錄病毒感染導入到細胞內部。針對IPS細胞的臨床應用，很多相關的研究都提出了兩點安全性的考慮：這些重編程因子混合物能否脫離促癌因子c-myc(c-myc會誘導多種癌症的發生)?能否避免通過插入基因的方法得到重編程的IPS細胞?在第一篇IPS的文章發表一個月之後，另外一個研究組成功地拋棄了原有配方中的c-myc基因。他們仍然使用Oct4 與Sox2，但將剩餘兩個因子替換成為Nanog以及Lin28。這一改變消除了上述風險。之後，很多研究組利用不同的配方以及不同的初始體細胞進行了相似的探究，從而使得該技術變得更加完善。近年來，非整合性的重編程技術也得到了報道。mRNA, 重組蛋白，episome，mini-circle，PiggyBac轉座子以及仙台病毒等等，都被用於製備IPS。上述技術統稱為二代ips技術。這些技術不僅避免了病毒感染導致的腫瘤化的風險，而且大幅提高了重編程的效率。

2009-2011年，隨著二代IPS技術的興起，越來越多的報道稱這種誘導多能性幹細胞與胚胎幹細胞的功能並不相同。尤其是一些IPS細胞的分化功能相比胚胎幹細胞有明顯不足。遺傳學與表觀遺傳學檢測結果表明IPS細胞與胚胎幹細胞的DNA修飾，組蛋白修飾以及基因的表達特徵都有明顯的差異。此外，這種差異在利用不同類型的誘導方法，以及基於不同類型初始細胞誘導得到的IPS細胞中也十分明顯。在某些情況下，通過不斷地傳代能夠降低或消除這種表觀遺傳學「記憶」，而在重編程過程中產生的錯誤則能夠通過向培養基中加入特定的染色質修飾藥物得到修正。過去十年來重編程方向技術的改進或許能夠提高IPSC的質量。由於ips技術倫理性方面的無可比擬的優勢，將來有很大希望成為替代傳統胚胎幹細胞技術的主流技術。同時，ips技術的成熟也將能夠為建立覆蓋廣大患者的HLA多能性幹細胞庫提供基礎。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！