誘導多能干細胞（iPSC）是近年來干細胞領域最重大的突破之一，自誕生便成為國際干細胞界的研究焦點。用于重編程的體細胞包括皮膚細胞和血細胞，還包括其他細胞類型，如毛囊、臍血和尿液。
 

這種個性化的疾病治療方法不僅可以規避免疫排斥的風險，還能避免使用胚胎干細胞帶來的倫理方面的爭論。且通過不斷改良的細胞培養方法和CRISPR技術的進步，iPSC目前已經可用于探索疾病發生和發展的原因，開發和測試新的藥物和療法，進而推動癌癥、心血管、神經退行性疾病等多方面疾病研究領取的長足進步，應用前景十分廣闊。
 

iPSC的發展沿革及應用范圍

2006年，日本京都大學山中伸彌（Shinya Yamanaka）團隊在《Cell》上率先報道了iPSC的研究。
 

在ES細胞（胚胎干細胞）培養條件下，研究者將四種轉錄因子Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4通過逆轉錄病毒載體轉入小鼠的成纖維細胞，使其變成了多能干細胞。這一發現意味著未成熟的細胞能夠發展成所有類型的細胞，也由此創立了人工誘導多能干細胞。這一突破性的研究，也讓山中伸彌與英國的約翰·戈登榮獲了2012年諾貝爾生理學或醫學獎。足見該領域巨大的發展前景及國際科研界對該領域的重視。
 

2012年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者
 

經過不斷技術優化，iPSC已經可以從多種體細胞（包括血液、尿液、皮膚等）中誘導。方便iPSC針對不同疾病創建基因定制細胞株，同時降低免疫排斥風險的優勢，在諸多領域已經得到應用。
 

目前，iPSC商業化的方法包括：

>>細胞治療：iPSC正在多種細胞治療應用中探索，以逆轉損傷或疾病；

>>疾病建模：通過從目標疾病患者的組織樣本中生成iPSC并將其分化為疾病特異性細胞，可以有效地“在培養皿中”創建疾病模型；

>>藥物開發和發現：iPSC通過提供生理相關細胞用于化合物識別、靶點驗證、化合物篩選和工具開發；

>>個性化藥物：使用CRISPR等技術可以在多種細胞類型中精確、定向地創建敲除和敲入（包括單堿基變化）。將iPSC與基因組編輯技術相結合，為個性化醫學增加了新的維度。

>>毒理學測試：iPSC可用于毒理學篩選，即使用干細胞或其衍生物（組織特異性細胞）評估活細胞內化合物或藥物的安全性。

iPSC與神經退行性疾病

當下，包括各種神經退行性疾病在內的腦相關疾病，已經超過心血管病和癌癥成為人類健康最大的威脅。過往神經系統疾病的研究技術瓶頸在于無法準確理解變異基因是如何導致疾病的。無論是動物模型還是直接獲取病例組織樣本，都存在缺陷。
 

基于CRISPR/Cas9的功能基因組學，提升了人類闡明哺乳動物細胞生物學的能力。然而，以前大多數基于CRISPR的篩查都是在癌細胞系中進行的，而不是在健康的分化細胞中進行的。
 

通過阿爾茨海默癥等神經退行性患者的組織樣本，借助CRISPR技術，能夠有效促進iPSC衍生神經元，然后找出控制與這種疾病相關的細胞缺陷的基因，最終確定有效的治療目標。因此，iPSC技術的不斷成熟為神經退行性疾病提供了全新的治療手段和巨大的臨床價值。
 

CRISPRi與iPSC

2019年8月15日，《Neuron》雜志發表了一篇文章，詳細描述了加州大學舊金山分校和NIH科學家團隊開發的基于CRISPR干擾（CRISPRi）的平臺，用于iPSC衍生的人類神經元的遺傳篩查，該技術能系統的改變人類干細胞衍生的神經元的基因活性，首次將干細胞衍生細胞類型和CRISPR篩選技術成功結合，可能會從根本上改變科學家研究腦疾病（阿爾茨海默癥、帕金森）的方式。
 

阿爾茨海默病（AD）是引起癡呆的最主要原因，它已經迅速成為本世紀負擔最重的疾病之一。最新數據顯示，到2050年癡呆在歐洲的發病率將增加一倍，全球范圍內發病率將增加兩倍。由于起病隱匿常被人們所忽略，這種持續進行性發展的疾病會嚴重損害人的認知功能。
 

它的主要癥狀有兩個：一是β-淀粉樣蛋白在神經元細胞外異常沉積形成的老年斑，二是tau蛋白的異常磷酸化所形成的NFTs（神經元纖維纏結）。
 

Aβ與Tau機制

雖然目前有多種體外和體內模型可幫助研究人員了解上述 AD 的發病機理并進行臨床前測試，但是各種模型都有明顯的缺點。理想的疾病模型應模仿 AD 的真實發展進程，展現進行性神經變性以及淀粉樣斑塊和神經原纖維纏結的形成。
 

因此，技術不斷完善的iPSC，可以產生AD患者特異的神經元，在AD疾病建模領域也迎來長足發展。
 

值得一提的是，iPSC在3D打印領域也取得進步，由人的 iPSC 產生類器官—腦類器官，是類似于人腦的體外自組織 3D 結構，是神經退行性疾病建模中的有力武器。在阿爾茨海默氏癥的研究中，3D 腦類器官可以重現完整的β淀粉樣蛋白沉積物，tau纏結和神經變性。衷心期望在藥物進展緩慢的AD 領域，通過iPSC在疾病建模領域的優勢，為AD的藥物研發和疾病機制帶來突破。

iPSC攻克癌癥

近年來，腫瘤免疫治療迎來突破性進展，以抗PD-1單抗為代表的免疫檢查點抑制劑在實體瘤領域逐步改寫各個癌種的標準治療方案；CAR-T細胞療法在血液腫瘤領域實現了部分癌種治愈的可能。在帶來諸多優勢的同時，如何有效提高患者響應人群數量、提升治療效果、降低耐藥率，也是當下腫瘤免疫療法面臨的困境。
 

iPSC衍生的異基因細胞治療

iPSCs因其獨特的自我更新特性和基因工程能力，為細胞治療提供了“無限供應”。從健康捐贈者處收集并重新編程為穩定的iPSC系，重新編程的IPSC可以被工程化并分化成不同的免疫細胞，如T細胞、自然殺傷（NK）細胞等。可以有效彌補腫瘤免疫療法的缺陷。
 

為異基因治療構建NK細胞

另外，NK細胞可以通過基因敲入或敲除進行基因修飾，以提高療效，減少宿主排斥反應，或增加異基因NK療法的體內持久性。近年來，iPSC-NK細胞療法發展迅速。
 

文章來源：貝殼社