诱导性多能干细胞的临床应用前景（诱导性多能干细胞的医学意义）

干细胞技术在医学上的应用前景

干细

胞即起源细胞，是上海免疫细胞的最好医院是哪家指尚未发育成熟的细胞，它具有多分化潜能和自我30岁抗衰老计划复制的功

能。在特定条件下，可以分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官。医学界

期望能够用干细胞来修复那些坏损组织或器官，因此称其为“万能细胞”。干细

胞技术作为一种新兴的医疗技术，正逐渐展现出其诱人魅力，市场应用前景非常

广阔。

干细胞研究的重大突破在于：１９９８年，美国威斯康星大学的科学家成功

地在体外培养和扩增了人体胚胎干细胞，为利用干细胞治疗疾病提供了细胞来

源；１９９９年，美国科学家发现小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”

为血液细胞。随后科学家证实并发现，人类成体干细胞具有可塑性，为干细胞的

临床应用拓展了更为广阔的空间。

１９９９年，美国《科学》杂志推举干细胞为２１世纪最重要的十项研究领

域之一，且位居第一，领先于家喻户晓的“人类基因组测序”。２０００年，干

细胞再度入选《科学》评选的十大科技成就。２００１年年底《科学》又将其置

于２００２年值得关注的六大热门科技领域之首。

通过干细胞研究，人们相信，绝大多数疾病，包括神经性疾病、糖尿病、慢

性心脏疾病、肾脏病、肝脏疾病、癌症和艾滋病等，都可望借助干细胞技术得到

康复。同时利用干细胞及其产物细胞，还可以结合基因治疗、组织工程及药物开

发等进行医疗或研究应用。

骨髓移植手术可说是干细胞应用的一种，骨髓接受者先经化学及放射线治疗

后，再移植捐赠的骨髓，其中所含的干细胞，将会分裂分化，再重新组成骨髓内

的各种血液细胞，达到治疗的目的。

干细胞除了直接使用之外，将来还可能配合基因修饰，提供原有干细胞不具

备的功能，或是运用培养技术，使其成为人造器官组织的来源。目前器官移植来

源有限，因此干细胞的潜力备受期待。另外，利用人类干细胞或其衍生的组织、

器官测试各种药物的药效、毒理特性，也会比用其他人体免疫细胞长什么样动物更能反映人体状况，可

能发展成为一种新的药物筛选模式。

干细胞应用于临床治疗，最大的挑战在于稳定的细胞来源、足够的移植细胞

量，以及能维持细胞活性的保存技术。目前干细胞的分离、纯化与收集技术，可

说是取得治疗材料的关键，而生物体外细胞工程与选殖、细胞株的增生培养，以

及治疗产品的制造，也都是此一治疗所需的重要相关技术。英国胚胎干细胞库的

建立将为提供干细胞来源作出贡献。

目前虽然干细胞产业仍处在萌芽阶段，但其应用前景十分广阔，蕴藏着巨大

商机。据估计，２００１年干细胞治疗相关市场值约为３．３亿美元，２００２

年则有４．５亿美元，今后年平均增长率约在３０％左右，将于２００７年达到

１９亿美元。

包括美国、英国、德国、瑞典、以色列、澳大利亚、新加坡、日本、中国大

陆、韩国以及中国台湾地区等，均正积极进行干细胞治疗的研究，并取得了可喜

成果。

皮肤组织修复目前在组织工程中发展最快速，其相关产品为第一个取得美国

食品和药物管理局的批准并上市，人工皮肤可用来治疗皮肤溃疡、烧烫伤、手术

及美容等，目前所取的细胞来源有来自新生儿的包皮、或者病人本身的毛囊，上

市产品如AdvancedTissueSciences公司的Dermagraft-TC、Organogenesis公司

的Apligraf及瑞士公司ModexTherapeutics的EpiDexTM等。

硬骨再生的研发目前也非常炽热，主要分三个技术层：合成移植物、脱矿骨

基质（demineralizedbonematrix；可用来做骨组织工程所需的三度空间支

架）、及促进骨生成的蛋白质（bonemorphogenicproteins）。

日本信州大学医学系佐佐木克典教授领导的研究小组，最近利用从美国威斯

康星大学进口的人体胚胎干细胞，经过一年多的努力，用１００个人体胚胎干细

胞成功制成了８个能在培养皿中搏动的心肌细胞，其成功率高于美国研究小组。

这在日本国内还是第一次。

日本庆应大学医学系冈野荣之教授领导的研究小组，最近用老鼠胚胎干细胞

生成因早老性痴呆症而丧失的脑神经细胞获得成功。据称，如果能使这种细胞增

殖，并提高其记忆机能，早老性痴呆症则有望治愈。

整体来看，干细胞治疗现在仍受限于安全性及其治疗效果，还没有普遍应

用。若要利用干细胞进行研究与产品开发，仍需要熟悉细胞培养，了解细胞分化

机制，这有赖广泛的科学研究来提供相关理论基础。目前，越来越多的研究确

认，多能成体干细胞具有高度应用价值。将来也许能避开胚胎干细胞研究引起的

伦理争论，并应用于细胞疗法、组织工程以及再生医学，带动干细胞产业的发

展

干细胞技术的应用前景

当然，干细胞技术最理想的应用前景是在临床医疗得到全方位的应用。经过近年来的不断研究，科学研究者在干细胞技术身上发现了越来越多的可能性，如果能将干细胞技术完全发展，那么基于目前相对成熟干细胞移植治疗技术，将会有极大的提升。为实现这一飞跃而努力，是EmCell这一类干细胞治疗研究机构所不懈奋斗的。

CRISPR-Cas9基因编辑iPSC细胞

诱导多能干细胞（iPS细胞），是一种从成年（成熟）细胞生成的未成熟细胞，已经恢复了分化为体内任何类型细胞的能力。诱导的多能干细胞（iPS细胞）不同于胚胎干细胞（ES细胞），后者形成胚胎的内部细胞团，但也是多能的和原代细胞类似，最终导致构成人体的所有细胞类型。诱导多能细胞最早是在2006年由日本医师和研究员Shinya Yamanaka及其同事描述的。最初的实验是通过使用小鼠细胞进行的。然而，第二年，Yamanaka成功地从人成年成纤维细胞中获得了iPS细胞。在此之前，只能从早期人类胚胎中分离出人类干细胞。因此，iPS细胞的一个重要特征是它们的产生不需要胚胎，而胚胎的使用充满了伦理问题。

血友病A是由F8基因突变引起的X连锁遗传病，该基因编码凝血因子VIII。在所有严重的血友病A病例中，几乎有一半的病例是由两个总的（140 kbp或600 kbp）染色体倒置导致的，分别涉及F8基因的内含子1和22。研究人员从具有这些反转基因型的患者中衍生出诱导多能干细胞（iPSC），并使用CRISPR-Cas9核酸酶将这些染色体片段恢复为WT状态。研究人员基于全基因组测序或靶向深度测序，分离了频率高达6.7％的经反向校正的iPSC，而没有可检测到的脱靶突变。在其他致命的血友病小鼠模型中，从校正的iPSC分化出来的内皮细胞表达F8基因并在功能上拯救了VIII因子缺乏症。因此，结果为患者来源的iPSC中大染色体重排的功能校正提供了原理证明，并提出了潜在的治疗应用。

患者来源的诱导性多能干细胞（iPSC）对于自体细胞替代具有广阔的前景。但是，对于许多遗传性疾病，治疗可能需要在移植前进行基因修复。基因编辑技术对该应用程序很有用。这项研究的目的是开发CRISPR-Cas9介导的基因组编辑策略，以靶向和纠正患者衍生的iPSC中三种最常见的致病变体类型：（1）外显子，（2）深度内含子（3)主导功能。研究人员开发了针对雄性生殖细胞相关激酶（MAK）外显子9的纯合Alu插入的同源性定向修复策略，并证明了患者细胞中视网膜转录本和蛋白质的还原。研究人员产生了一种CRISPR-Cas9介导的非同源末端连接（NHEJ）方法，以切除导致Leber先天性黑病的主要因素，CEP290中的IVS26隐剪突变，并证明了患者iPSC中转录本和蛋白质的校正。最后，研究人员设计了等位基因特异性CRISPR向导，可选择性地靶向Pro23His视紫红质（RHO）突变体等位基因，在将其分别递送至患者iPSC和体内视网膜后，产生了移码和过早的终止，可阻止该疾病的转录-导致变体。在这项研究中开发的策略将被证明对纠正导致的遗传性视网膜变性基因中的多种遗传变异有用。

 诱导多能干细胞（iPSC）在再生医学应用中具有巨大潜力。然而，由HLA失配引起的免疫排斥是一个问题。 B2M基因敲除和HLA纯合iPSC群体可以解决此问题，但是前一种方法可能诱导NK细胞活性并且不能呈递抗原，而为后一种方法招募稀少的体则是一个挑战。研究人员展示了两种用于制备免疫相容性供体iPSC的基因组编辑策略。首先，研究人员通过对HLA杂合iPSC进行等位基因特异编辑，生成了HLA伪纯合iPSC。其次，研究人员破坏了HLA-A和-B等位的基因，以抑制NK细胞反应，同时保持抗原呈递，从而创建了具有HLA-C保留能力的iPSC。 HLA-C保留的IPSC可以在体内和体外逃逸T细胞和NK细胞。研究人员估计，结合HLA II类基因敲除的12种HLA-C保留的iPSC在免疫学上与世界90％以上的人口相容，极大地促进了基于iPSC的再生医学的应用。

Reference

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Xu H, Wang B, Ono M, et al. Targeted Disruption of HLA Genes via CRISPR-Cas9 Generates iPSCs with Enhanced Immune Compatibility[J]. Cell Stem Cell, 2019, 24(4).

诱导性多功能干细胞的特性和作用

iPS细胞同样具有自我更新和分化的全能性，从日本科学家ShinyaYamanaka于2006年第一次发现这一技术到现在，科学家已经成功从小鼠，大鼠，猕猴，猪和人的体细胞中诱导并获得iPS细胞，而且诱导技术也产生了巨大的革新，减少外源转录因子，使用非整合病毒，质粒法等等都能够产生iPS细胞，最近，有报道称利用纯蛋白的方法也可以获得iPS细胞。iPS技术具有巨大的潜在应用价值，利用iPS技术能够获得病人或者疾病特异的多能性干细胞，这样可以避免移植过程中的免疫排斥问题，也绕开了人类胚胎干细胞研究所带来的伦理问题。

此外，掌握疾病特异性iPS细胞向相应疾病中的功能细胞定向诱导的技术方法，以此作为模型研究这些疾病的发病机制，利用以上疾病模型，对现有药物做出个体化的评估，并发现新的治疗靶点和筛选新的药物，将为这些重大性疾病的基础和临床研究开辟新的研究方法和技术平台。

但是关于人类诱导多能干细胞的研究还处于起步阶段，所采用的供体细胞还仅仅局限在人包皮成纤维细胞，表皮细胞，毛囊细胞等少数细胞类型，更为棘手的是，这些细胞被重编程为iPS细胞所需要的时间比较长（16-35天），效率很低，这大大增加了在这个过程中细胞的变异风险。因此如何找到一种理想的人类体细胞来源是所有科学家都重点关注的问题。

我国科学家在干细胞制备技术上取得新突破，该技术可以应用于哪些临床实验？

多潜能干细胞具有无限增殖特性和分化成生物体所有功能细胞类型的能力，因此被称为“种子细胞”，但其只短暂存于胚胎发育的早期阶段，随后便会分化为各种类型的成体细胞。

近年来，诱导多能干细胞技术的建立，在细胞治疗、药物筛选和疾病模型等领域产生了广泛的应用价值，尤其是为患者构建自体特异性干细胞系，大大加速了干细胞临床应用的进程。

在哺乳动物自然发育过程中，多潜能干细胞只短暂存在于胚胎发育的早期阶段，随后便会分化为构成生物体的各种类型的成体细胞，丧失其“种子细胞”的特性。如何逆转这一自然发育过程，使高度分化的成体细胞重新获得类似胚胎发育早期的多潜能状态，一直是干细胞与再生医学领域最重要的科学问题之一。

多潜能干细胞具有无限增殖的特性和分化成生物体所有功能细胞类型的能力。这些神奇的特质，使其在细胞治疗、药物筛选和疾病模型等领域具有广泛的应用价值，是再生医学领域最为关键的“种子细胞”。

为了让干细胞诱导更安全、更有效率，邓宏魁团队十几年来持续开展小分子的寻找工作。受低等动物再生过程启发，团队发现高度分化的人成体细胞在特定化学小分子组合的诱导下，可以发生类似低等动物细胞可塑性变化。

干细胞归巢是指干细胞在多种因素的影响下，从原位定向迁移至靶组织并定植存活的过程。干细胞具有很强的归巢能力，其归巢到靶组织分为3步：首先识别微内皮血管，然后透过内皮，最后进入靶组织再生。

免疫是人体抵挡疾病，尤其是铲除进入人体的病原微生物(细菌、病菌、寄生虫等)和监控、杀灭肿瘤细胞的关键因素。因而，免疫系统是人体的防卫部队，免疫细胞则是这个防卫部队中的战斗员。

老年人因为免疫细胞削减，免疫细胞活性下降，抗病才调下降，因而容易发生肿瘤和其它疾病。免疫功用阑珊是变老的重要标志之一，而干细胞移植能够有用跋涉人的免疫功用，因而，干细胞移植是保护人身体健康和变老的较有用实施之一。