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什麼是IPS細胞(誘導多功能性幹細胞)?

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2011-6-2 17:00| 發佈者: admin| 查看: 2925| 評論: 0

   

iPS細胞,誘導性多功能幹細胞(induced human pluripotent stem, iPS),也稱誘導性多潛能幹細胞。

iPS細胞是由一些多能遺傳基因導入皮膚等受體細胞中製造而成,然後進一步進行體外誘導分化,得到理想的細胞模型。

誘導多功能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)是利用病毒載體將四個轉錄因子(Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc)的組合轉入分化的體細胞中,使其重編程為類似胚胎幹細胞的一種細胞類型。

Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4的作用

Oct4是POU家族的轉錄因子,維持細胞的多能性,是體細胞誘導為iPS細胞所必須的基因。 在小鼠和人的ES細胞中,

Oct4表達的抑制將會導致自發性分化為滋養層細胞。Niwa等實驗結果表明,Oct-4能夠維持ES細胞未分化狀態並促進其增殖,並認為Oct-4的活

化是重編程為多能幹細胞的標誌。Sox2是胚胎幹細胞特異性轉錄因子,其與Oct-4一樣均為體細胞重編程所必須的基因,除了可與Oct4協同調節維持細

胞的多能性之外,還能促進幹細胞向神經外胚層分化。c-Myc和Klf4不是iPS細胞形成所必須的基因,其作用是提高克隆形成的效率,當同時將二者去除

時iPS細胞將不能

生成,因此c- Myc和Klf4在iPS細胞產生的過程中同樣重要。c-Myc是在人類癌細胞中發現的卟啉-原癌基因,儘管c-Myc可以提高iPS細胞克隆形成率,但 其構建的嵌合體小鼠約20%發生了腫瘤。所以如果將iPS細胞用於臨床治療, c-Myc基因的轉入必須慎重。Klf4即是抑癌基因又是原癌基因,一方面可以促進ES細胞的自我更新,另一方面在體細胞中強製表達可抑制DNA的複製, 阻滯細胞周期于G1/S期,因此它在細胞增殖和分化之間起開關作用。

iPS細胞的特性和作用

iPS細胞同樣具有自我更新和分化的全能性,從日本科學家Shinya

Yamanaka于2006年第一次發現這一技術到現在,科學家已經成功從小鼠,大鼠獼猴,豬和人的體細胞中誘導並獲得iPS細胞,而且誘導技術也產生

了巨大的革新,減少外源轉錄因子,使用非整合病毒,質粒法等等都能夠產生iPS細胞,最近,有報道稱利用純蛋白的方法也可以獲得iPS細胞。iPS細胞技

術具有巨大的潛在應用價值,利用iPS技術能夠獲得病人或者疾病特異的多能性幹細胞,這樣可以避免移植過程中的免疫排斥問題,也繞開了人類胚胎幹細胞研究

所帶

來的倫理問題。此外,掌握疾病特異性iPS細胞向相應疾病中的功能細胞定向誘導的技術方法,以此作為模型研究這些疾病的發病機制,利用以上疾病模型,對現

藥物做出個體化的評估,並發現新的治療靶點和篩選新的藥物,將為這些重大性疾病的基礎和臨床研究開闢新的研究方法和技術平台。但是關於人類誘導多能幹細

胞的研究還處於起步階段,所採用的供體細胞還僅僅局限在人包皮成纖維細胞表皮細胞,毛囊細胞等少數細胞類型,更為棘手的是,這些細胞被重編程為iPS細

胞所需要的時間比較長(16-35天),效率很低,這大大增加了在這個過程中細胞的變異風險。因此如何找到一種理想的人類體細胞來源是所有科學家都重點關

注的問題。

iPS細胞研究大事記

幹細胞是人體內可以轉化為各種器官組織的細胞,過去只能從胚胎中獲得。2007年11月,美國和日本科學家分別宣布獨立發現將普通皮膚細胞轉化為幹細胞的方法,得到的幹細胞稱為誘導多功能幹細胞,又名iPS細胞。這一發現分別被《自然》和《科學》雜誌評為2007年第一和第二大科學進展。

iPS細胞具有和胚胎幹細胞類似的功能,卻繞開了胚胎幹細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障 礙,成為幹細胞研究的熱點領域之一,近兩年來有關進展不斷。

2008年4月,美國加利福尼亞大學科學家報告稱,他們將實驗鼠皮膚細胞改造成iPS細胞,然 后成功使其分化成心肌細胞血管平滑肌細胞及造血細胞。

2009年2月,日本東京大學科學家宣布,成功利用人類皮膚細胞製成的iPS細胞培育出血小板,而且從技術上說用iPS細胞培育人類紅細胞白細胞都是可能的;緊接著,日本慶應大學科學家又宣布,成功用實驗鼠的iPS細胞培育出鼠角膜上皮細胞

2009年3月伊始,iPS細胞研究便相繼迎來兩項重大突破。英國和加拿大科學家發現了不借助

病毒、安全將普通皮膚細胞轉化為iPS細胞的方法;美國科學家則在《細胞》雜誌上宣布,他們可以將iPS細胞中因轉化需要而植入的有害基因移除,且保證由

此獲得的神經元細胞的基本功能不受影響。

2009年7月,iPS細胞研究在臨床應用道路上又邁出非常重要的一步。據英國《自然》雜誌網 站23日報道,中國科學家周琪和高紹榮等人利用iPS細胞克隆出活體實驗鼠,首次證明iPS細胞與胚胎幹細胞一樣具有全能性。該成果讓人們看到了iPS細胞具有實用性。

人們完全可以期待,在一系列危險和潛在危險被一一規避后,尚處在實驗室階段的iPS細胞研究,將能很快應用於人類疾病的臨床治療。

中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院科學家們在幹細胞領域取得重大研究成果,該院院長裴端卿室研究發現,維生素C能夠將原先每一萬至十萬個細胞才能有一個細胞轉化為多能幹細胞的低效率,提高到百分之十的高效率。

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