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干细胞领域近十年相关研究趋势汇总

来源:本站原创 2018-10-10 18:36

2018年8月14日 讯 /生物谷BIOON/ --多能性干细胞能够分化形成机体的任意一种细胞类型,这一特性使其对于再生医学以及药物发现具有深远的意义。在过去十年来,科学技术的发展使得干细胞在各细分医疗领域,例如疾病模型的建立以及药物开发等方面的应用都有了长足的进展,诱导性多能干细胞作为胚胎干细胞的备选方案潜力十分巨大。

胚胎干细胞制备技术的发展



早在上个世纪末,科学家们已经成功地分离得到了人源胚胎干细胞,并且在干细胞领域的研究取得了连续突破。然而,由于伦理的约束,使用或破坏人类胚胎是无法允许的事情。很多国家也立法限制使用人类胚胎作为研究对象。这一处境使得科学家们不得不寻找其它的替代性方案。

单卵裂球技术(Single blastomere technology)就是其中之一。2006年,Chung等人首次利用小鼠胚胎干细胞作为研究对象开发出了这种不破坏胚胎的干细胞分化技术,同一年该技术在人源胚胎干细胞中得到了适用。基于这一技术,研究者们可以从胚胎的“桑椹胚(八细胞)”阶段提取单个细胞或单个卵裂球进行体外培养,从而得到干细胞株。该技术的特点是:分离单个细胞并不会影响胚胎剩余部分的正常生长与分化。事实上,单卵裂球技术是基于上个世纪九十年代在体外受精临床实践中使用的移植前诊断技术开发得到的。如今,针对体外受精的遗传诊断对象已经改为中后期的胚胎样本,以期降低对胚胎造成的损伤。综上所述,这种对多细胞胚胎进行取样的干细胞分化技术的应用十分狭窄,到如今也没有被研究者们广泛使用(尽管根据clinicaltrials.gov网站上的信息,有6个14hESC的临床试验使用了通过该技术分化得到的细胞系MA09)。

体细胞核移植技术是另外一类不破坏胚胎的制备人源干细胞的技术。1990年代到2000年代,这项技术在牛、猪、小鼠水平分别得到了成功的验证,但由于多种原因(包括经费限制、审批监管等等),直到2013年才在人体进行了首次尝试。这项技术的关键在于将未受精卵子中的细胞核取出,并且移植一个来自于普通体细胞的细胞核。通过体外精细的培养以及来自于母本卵子中的因子的刺激,能够最终分化形成干细胞系。第一个被报道的人源核移植胚胎干细胞系是利用胚胎以及婴儿的体细胞作为核供体,随后的报道中则使用了成年男性的体细胞作为核供体。这表明核移植胚胎干细胞分化的成功与否与供体的年龄并无关系。尽管如此,和移植技术并没有被广泛使用,原因在于其对卵子质量以及对显微注射技术的较高要求。此外,对于人类卵子的需求也成为了该技术难以普及的障碍。尽管只有少数实验室能够成功地制备核移植胚胎干细胞系,未来该技术的发展仍存在较大空间。2016年,抱川中文医科大学得到了韩国政府的支持,被允许能够使用600个冷冻卵子用于制备人源胚胎干细胞开发针对各种疾病的治疗方法。随着研究者们不断地寻找提高核移植干细胞制备技术的手段,将来可能能够成为一类常用的干细胞制备技术。

诱导多能性干细胞技术ips)的问世与发展



与常规的人源干细胞制备技术能够相提并论的最重要的备选技术就是诱导多能性干细胞技术了。该技术于2006年首次被发明,并于2007年首次在人类细胞上进行尝试。IPS技术避免了对胚胎、卵子的使用或破坏,从而很好地解决了长期以来在干细胞研究领域无法规避的伦理问题。IPS细胞是通过对体细胞诱导突变使其重新回到干细胞状态的就似乎,而培养过程中加入的刺激因子能够启动重编程的过程。ips技术是干细胞研究领域的重大突破,该研究的主要贡献者山中伸弥与在细胞重编程领域的先驱约翰.戈登分享了2012年的诺贝尔生理学与医学奖。

如今,制备IPS细胞的方法出现了很多新颖性的突破,包括不同的分化因子,不同的诱导方法以及不同的初始细胞类型等等。最初的人源IPS(山中伸弥等人成果)是利用Oct4、Sox2、Klf4以及c-myc基因共同诱导得到的,其中c-myc是通过反转录病毒感染导入到细胞内部。针对IPS细胞的临床应用,很多相关的研究都提出了两点安全性的考虑:这些重编程因子混合物能否脱离促癌因子c-myc(c-myc会诱导多种癌症的发生)?能否避免通过插入基因的方法得到重编程的IPS细胞?在第一篇IPS的文章发表一个月之后,另外一个研究组成功地抛弃了原有配方中的c-myc基因。他们仍然使用Oct4 与Sox2,但将剩余两个因子替换成为Nanog以及Lin28。这一改变消除了上述风险。之后,很多研究组利用不同的配方以及不同的初始体细胞进行了相似的探究,从而使得该技术变得更加完善。近年来,非整合性的重编程技术也得到了报道。mRNA, 重组蛋白,episome,mini-circle,PiggyBac转座子以及仙台病毒等等,都被用于制备IPS。上述技术统称为二代ips技术。这些技术不仅避免了病毒感染导致的肿瘤化的风险,而且大幅提高了重编程的效率。

2009-2011年,随着二代IPS技术的兴起,越来越多的报道称这种诱导多能性干细胞与胚胎干细胞的功能并不相同。尤其是一些IPS细胞的分化功能相比胚胎干细胞有明显不足。遗传学与表观遗传学检测结果表明IPS细胞与胚胎干细胞的DNA修饰,组蛋白修饰以及基因的表达特征都有明显的差异。此外,这种差异在利用不同类型的诱导方法,以及基于不同类型初始细胞诱导得到的IPS细胞中也十分明显。在某些情况下,通过不断地传代能够降低或消除这种表观遗传学“记忆”,而在重编程过程中产生的错误则能够通过向培养基中加入特定的染色质修饰药物得到修正。过去十年来重编程方向技术的改进或许能够提高IPSC的质量。由于ips技术伦理性方面的无可比拟的优势,将来有很大希望成为替代传统胚胎干细胞技术的主流技术。同时,ips技术的成熟也将能够为建立覆盖广大患者的HLA多能性干细胞库提供基础。(生物谷Bioon.com)

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