应用诱导多能干细胞治疗的进展与挑战

诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,i PSCs)是利用特定的转录因子诱导体细胞获得的,像胚胎干细胞一样,可以进行无限的自我更新,并具有分化成三个胚层的能力。iPSC有可能提供无限的自体细胞治疗,目前研究已经证实,不同种类疾病的患者提供的成体细胞诱导后可产生种类繁多的iPSC,这项技术给目前无有效治疗手段的多类疾病带来了治疗的希望,并有可能避免利用胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)治疗面临的伦理问题和免疫排斥反应。本文回顾iPSC技术优化过程,着重关注应用i PSC建立细胞模型、进行细胞治疗的进展,并探讨iPSC在基础研究及临床应用中遇到的挑战。     

猪多能干细胞的研究进展

多能干细胞,如胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)、诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)和成体干细胞(adult stem cells,ASCs),是一类具有巨大潜能的独特细胞。猪作为试验材料,在遗传、代谢、生理生化及基因序列等方面较小鼠更接近于人类,正逐渐成为人类异种移植和再生医学研究的理想生物学模型。然而,目前对猪多能干细胞种类、来源、特征及机制的有限认识直接阻碍了其相关应用。该文将分别对猪ASCs的研究现状、猪类ESCs的分离培养、猪iPSCs的研究进展、多能干细胞间的联系和展望进行论述,以期为从事该领域研究的科研人员提供参考。     

基因组编辑技术在干细胞疾病模型和疾病治疗中的应用

基于人类多能干细胞(human pluripotent stem cells,h PSCs)的疾病模拟体系提供了一个全新的疾病研究平台。携带特定致病突变的h PSCs可以通过患者体细胞重编程成诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)获得,或者通过向野生型h PSCs中引入致病突变获得。获得的突变h PSCs及其野生型对照细胞株在体外诱导下可以分化为疾病相关体细胞类型,继而被用于疾病模拟和机理研究。近几年出现的基因组编辑技术使得疾病模拟平台的建立更加高效和优化。主要讨论干细胞疾病模拟领域的进展,以及基因组编辑技术在干细胞疾病模拟和疾病治疗中的应用。     

新物种诱导多能干细胞的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESC）在人类遗传病学研究、疾病模型建立、器官再生以及动物物种改良和定向变异等方面的地位是其他类型的细胞不可取代的。但是,由于实验技术和体外培养条件的限制,除了小鼠、恒河猴和人之外,大鼠、猪、牛、羊等其他哺乳动物的ES细胞系被证明很难获得。先后有多个研究小组报道了他们利用新兴的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）技术成功建立大鼠和猪的iPS细胞系的研究成果。迄今为止,这两个物种是在未成功建立ES细胞系之前利用iPS技术建立多能干细胞系的成功范例。这些研究对于那些还未建立ES细胞的物种建立多能干细胞系提供了一种新的方案,也将给这些物种的胚胎干细胞的建立、基因修饰动物的产生以及人类医疗事业的促进和发展带来新的希望。     

巴马香猪诱导多能干细胞系的建立

猪在农业和生物医学领域应用非常广泛,尤其是基因修饰的小型猪在器官移植和建立人类疾病模型中有重要的意义。然而,真正的猪胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES cells)尚未建立,这极大地限制了转基因猪的产生。目前,诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)技术是产生多功能干细胞的有效策略。虽然猪iPS cells建系已有数篇报道,但许多有价值的小型猪的iPS cells仍有待建系。利用可诱导基因表达慢病毒系统(Tet-on系统)在小型猪贵州巴马香猪骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)内过表达外源基因Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4,获得两株巴马香猪iPS细胞系(biPS4-1,biPS4-2)。获得的巴马香猪iPS cells与人ES cells(hES cells)形态相似;呈碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AP)阳性;表达干细胞特异的标志物SSEA4、Tra-1-81、Nanog、Rex1和CDH1等,但不表达SSEA1;核型检测正常。进一步的研究显示,它在体外和体内均能分化为外、中、内三胚层,具有多向分化的潜力。可诱导的巴马香猪iPS细胞的建立将为建立转基因猪提供便捷的工具,而基于该细胞系建立的转基因猪也有望服务于医学基础研究和器官移植等临床研究。     

人诱导性多潜能干细胞(iPS细胞)系的建立

掌握建立人iPS细胞系(induced pluripotent stem cells,iPSCs)的技术,以便为人肿瘤细胞重编程为iPS细胞建立技术平台.在人胚胎干细胞的培养条件下,通过携带Oct4、Sox2、c-Myc、Klf44个混合因子的慢病毒感染人皮肤成纤维细胞(CCD-1079SK细胞),从而诱导成干细胞样的克隆.根据人胚胎干细胞的特性进行如下鉴定:克隆形态、碱性磷酸酶活性、核型和CCD-1079SK细胞来源的克隆拟胚体(embryoid bodies,EBs)形成及分化等.结果显示,在人胚胎干细胞的培养环境中,导入Oct4、Sox2、c-Myc、Klf44个因子的CCD-1079SK细胞产生了一株iPSC克隆,这株iPSC克隆在细胞形态、增殖能力、胚胎细胞特异性表面抗原以及基因表达与人胚胎干细胞相似,此外,iPSC克隆在体外悬浮培养中形成拟胚体并分化成3个胚层.人iPS细胞系的成功建立为利用iPS细胞技术开展肿瘤细胞重编程研究奠定了坚实基础.     

家畜诱导性多能干细胞研究进展

目前,家畜胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ESCs)建系技术还不完善,很多大型家畜都未能建立ESCs系,这在很大程度上限制了家畜相关研究的开展。诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs)技术的建立,为迅速、高效的获得家畜多潜能干细胞提供了新方法。家畜iPSCs的建立,将推动家畜发育生物学、异种器官移植、人类疾病模型建立、家畜品种改良等研究。综述了家畜iPSCs技术的最新进展,并探讨了家畜iPSCs的应用前景。     

诱导多能干细胞在心血管疾病研究和治疗中的应用

诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）不仅具有与胚胎干细胞（embryonic stem cell,ESC）相似的各项特性,相对于ESC,iPS细胞,尤其患者特异性iPS细胞还具有来源方便、不存在免疫排斥和伦理问题以及可以保留特定个体基因型等优点,为再生医学提供了可能的细胞来源。该文主要从心血管药物的筛选、疾病模型的建立、iPS细胞应用于心脏移植研究等方面入手,探讨了iPS细胞在心血管疾病研究和治疗中的现状和未来。     

神经干细胞研究进展

神经干细胞(neural stem cells, NSCs)是中枢神经系统中保持分裂和分化潜能的细胞,对它的研究和应用已成为近年来脑科学研究的一个重要领域.神经干细胞体外培养技术的建立提供了对其进行研究的有力手段.目前的研究主要集中于神经干细胞在脑中的起源、分布及在中枢神经系统疾病治疗中的应用等方面.     

猪多能干细胞的研究进展

多能干细胞,如胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）、诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPSCs）和成体干细胞（adultstemcells,ASCs）,是一类具有巨大潜能的独特细胞。猪作为试验材料,在遗传、代谢、生理生化及基因序列等方面较小鼠更接近于人类,正逐渐成为人类异种移植和再生医学研究的理想生物学模型。然而,目前对猪多能干细胞种类、来源、特征及机制的有限认识直接阻碍了其相关应用。该文将分别对猪ASCs的研究现状、猪类ESCs的分离培养、猪iPSCs的研究进展、多能干细胞间的联系和展望进行论述,以期为从事该领域研究的科研人员提供参考。     

利用piggyBac转座子制备牛成体多能干细胞诱导技术研究

通过逆转录病毒等媒介表达核转录因子Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc可将体细胞重编程为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSc)。时至今日,已经报道了小鼠、人、大鼠、猪、羊、马、牛的iPS细胞,但大动物iPS的多能性特别是嵌合体形成和生殖细胞传代还没有得到确认。与逆转录病毒等不同的是,piggyBac转座子转染效率高且无病毒源性、操作简单,可以在转座酶的存在下被安全切除。首次尝试了采用piggyBac转座子携带鼠源Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc、Rarg和Lrh16个核转录因子诱导胎牛成纤维细胞,成功获得牛类iPS细胞,其形态与小鼠胚胎干细胞相似,克隆边界清晰、呈丘状、克隆内细胞致密、核大。RT-PCR与免疫组织化学染色分析均显示牛类iPS细胞表达多能性基因。该类细胞体外诱导分化可形成类胚体EB,且表达3个胚层的基因;体内诱导分化可形成畸胎瘤,苏木精、伊红染色显示瘤体有三胚层的分化。上述结果显示利用piggyBac转座子制备牛多潜能干细胞诱导技术可行,产生的牛类iPS细胞具有潜在多能性。     

诱导多能干细胞(iPS)的诱导培养与鉴定

通过外源转录调控因子的诱导,使成体细胞重编程为胚胎干细胞(ES细胞)样的多能细胞,这种细胞称为诱导多能干细胞(iPS细胞),这一方法被称为iPS技术。目前,iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用,建立了相应的iPS细胞系,并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处,但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究,对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。     

Determinants of pluripotency: From avian,rodents, to primates

Since mouse embryonic stem (ES) cells was first derived in 1981, the ability of this unprecedented cell type to self‐renew and differentiate without limit has revolutionized the discovery tools that are used to study gene functions and development. Furthermore, they have inspired others to hunt for similar cells from other species. The derivation of human ES cells in 1998 has accelerated these discoveries and has also widely provoked public interest, due to both the scientific significance of these cells for human tissue regeneration and the ethical disputes over the use of donated early human embryos. However, this is no longer a barrier, with the recent discovery of methods that can convert differentiated somatic cells into ES‐like cells or induced pluripotent stem (iPS) cells, by using defined reprogramming factors. This review attempts to summarize the progresses in the derivation of ES cells (as well as other embryo‐derived pluripotent cells) and iPS cells from various species. We will focus on the molecular and biological features of the cells, as well as the different determinants identified thus far to sustain their pluripotency. J. Cell. Biochem. 109: 16–25, 2010. © 2009 Wiley‐Liss, Inc.     

诱导性多潜能干细胞(iPS cells)——现状及前景展望

主要从 iPS细胞发展历程、获得 iPS细胞的几个关键步骤 (如基因导入方式、诱导 iPS细胞所需因子组合与小分子化合物运用和体细胞种类选择等)、病人或疾病特异性 iPS细胞、iPS细胞体内外诱导分化与其衍生物的临床应用和制备无遗传修饰的(genetic modification-free) iPS细胞的可行性与前景等方面对 iPS细胞最新研究进展做评述．日本和美国研究小组先后用4种基因将小鼠(2006年8月)和人(2007年11～12月)的体细胞在体外重编程为诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells),此后在短短两年多时间内,iPS 细胞的研究和关注度呈爆炸式增长．体细胞重编程、去分化和多潜能干细胞来源等一系列热点问题再次成为干细胞和发育生物学等研究的热点和焦点．与胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES cells)一样,iPS细胞在体内可分化为3个胚层来源的所有细胞,进而参与形成机体所有组织和器官．迄今,在体外已由 iPS细胞定向诱导分化出功能性的多种成熟细胞．因此,iPS细胞研究不仅具有重要理论意义,而且在再生医学、组织工程和药物发现与评价等方面极具应用价值．     

诱导多能干细胞研究进展

人类诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）的建立被公认为目前最重要的科技进展之一。iPS细胞在动物疾病模型上的成功治疗,病患特异性iPS细胞的研究及iPS细胞的定向分化研究将有可能使人们避开治疗性克隆的伦理和技术障碍,给人类疾病的干细胞治疗带来光明的前景。本文从iPS细胞的诱导策略和方法,来源细胞及筛选、重编程机制的研究现状、应用前景以及研究中存在的问题等方面对其作一综述和讨论。     

疾病特异诱导多能干细胞研究进展

通过病毒或非病毒转导体系,在小鼠和人的体细胞中人为表达几个与细胞多能性相关的转录因子,从而使细胞达到类似于胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）状态,是近年来新发展起来的体细胞重编程技术。这些被重编程的细胞称为诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）。这项技术为获得患者和疾病特异的多能干细胞提供了新的途径。患者和疾病特异的iPS细胞的获得,不仅在避免免疫排斥的宿主特异的细胞移植治疗上有广泛前景,并对了解疾病发生机理、药物筛选和毒性研究有着重要的意义。该文综述从iPS细胞技术的发明入手,着重讨论疾病iPS细胞的研究进展及其在应用于治疗时亟需解决的问题。     

兔Oct4启动子驱动RFP基因表达载体的构建及验证

转录因子OCT4在维持和调控胚胎干细胞的多能性中发挥着重要的作用。Oct4基因启动子驱动标志蛋白的表达对研究胚胎干细胞多能性和建立iPs细胞有重要意义。由于GFP在慢病毒转染过程中常用作转染标记,计划构建兔Oct4基因启动子（rOct4）驱动红色荧光蛋白表达的载体,这将有利于兔ES细胞和iPS细胞制备的研究。通过PCR方法扩增rOct4,构建了rOct4驱动RFP基因的表达载体rOct4-RFP。经转染小鼠ES细胞验证正确后,将rOct4-RFP质粒转染兔成纤维细胞系获得rOct4-RFP成纤维细胞系。经过酶切和测序验证,证明rOct4-RFP构建成功,而且能够在小鼠Es细胞系E14中表达细胞红色荧光蛋白,并受细胞分化状态的调控。通过脂质体介导的基因转移、抗性筛选和PCR鉴定建立了rOct4-RFP转基因成纤维细胞系。     

ES and iPS cell research for cardiovascular regeneration

Embryonic stem (ES) cells and induced pluripotent stem (iPS) cells, which are ES-like stem cells induced from adult tissues, are twin stem cells with currently (with the exception of fertilized eggs) the broadest differentiation potentials. These two stem cells show various similarities in appearance, maintenance methods, growth and differentiation potentials, i.e. theoretically, those cells can give rise to all kinds of cells including germ-line cells. Generation of human ES and iPS cells is further facilitating the researches towards the realization of regenerative medicine. The following three issues are important purposes of ES and iPS cell researches for regenerative medicine: (1) dissection of differentiation mechanisms, (2) application to cell transplantation, and (3) drug discovery. In this review, the current status of cardiovascular regenerative trials using ES and iPS cells is briefly discussed.     

诱导型细胞的研究进展

胚胎干细胞(ES细胞)和诱导型多能干细胞(iPS细胞)的研究进展为生物学基础研究注入了新的活力,然而免疫排斥、致瘤性以及诱导效率低等缺陷制约其进一步快速发展和临床应用．最近,科学家借鉴iPS细胞诱导技术和传统的诱导体系,将终末分化细胞直接诱导为功能性细胞,如心肌细胞、神经细胞和肝脏细胞,称为诱导型细胞．这些研究进展极大地促进了细胞分化、重编程和表观遗传学的研究,也为人类再生医学的研究提供了新的途径．