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iPS 優(yōu)化建系方法和安全性
早期建立 iPS 細(xì)胞的方法為：利用逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)表達(dá) 4 個 Yamanaka 因子, 然后將細(xì)胞在ES 細(xì)胞培養(yǎng)液中培養(yǎng), 再用抗性基因篩選多潛能性相關(guān)啟動子的激活,，如 Oct4 和 Nanog 啟動子,，在得到細(xì)胞形態(tài)相似的 iPS 細(xì)胞后，鑒定 iPS 細(xì)胞的多潛能性,。這些方法構(gòu)建 iPS 細(xì)胞的效率很低, 細(xì)胞多潛能性不均一,而且有內(nèi)在安全問題, 如病毒的插入突變 c-Myc 的致癌性, 使其仍無法應(yīng)用于臨床治療,。為解決這些安全問題和提高 iPS細(xì)胞建系的效率,人們從多方面改進(jìn)構(gòu)建 iPS 細(xì)胞。
1. 轉(zhuǎn)座子技術(shù)
英國和加拿大科學(xué)家不用病毒載體培育出更安全的誘導(dǎo)多功能干（iPS 細(xì)胞),。他們的研究工作是以日本京都大學(xué)科學(xué)家山中伸彌等人兩年前開拓的一種方法為基礎(chǔ)的,。山中伸彌及其同事將 4 個基因植入皮膚細(xì)胞，使之被誘導(dǎo)為多功能干細(xì)胞,，是干細(xì)胞研究的重大突破,。不過，他們移植基因所用的載體是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒,，這就意味著這種方法可能會讓使用 iPS細(xì)胞的病人增加患癌癥的風(fēng)險,。為了避免這一技術(shù)缺陷,，此次英國和加拿大科學(xué)家使用的是轉(zhuǎn)基因作物領(lǐng)域常用的“轉(zhuǎn)座子”技術(shù)，它能把稱作“轉(zhuǎn)座子”的基因序列插入到目標(biāo)基因組中,。研究人員利用老鼠和人類的皮膚細(xì)胞進(jìn)行了試驗,，結(jié)果顯示重組后的細(xì)胞株*具備了胚胎干細(xì)胞的特征。
2. 減少癌變風(fēng)險
日本科學(xué)家僅用兩個移植基因培育成了人類誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(iPS 細(xì)胞),，日本慶應(yīng)大學(xué)教授岡野榮之的研究小組,，僅用先前培育 iPS 細(xì)胞所用 4 個誘導(dǎo)基因中的兩個，即“0ct3／4”基因和“Klf4k”基因,，也成功培育出了 iPS 細(xì)胞,。因為除了使用逆轉(zhuǎn)錄病毒作為基因移植的載體這一因素外[17]，造成 iPS 細(xì)胞誘發(fā)癌癥風(fēng)險的因素還與先前研究人員使用的 4 個誘導(dǎo)基因中的一個名為“C-Myc”的基因相關(guān),。所以日本科學(xué)家的方法也可以減少 iPS 細(xì)胞移植后的癌變風(fēng)險,。
3. 快速建立 iPS 細(xì)胞
我國科學(xué)家從羊水細(xì)胞中快速建立人類 iPS 細(xì)胞。繼前不久在世界上得到*由誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(即 iPS 細(xì)胞)發(fā)育的小鼠之后,，我國科學(xué)家在 iPS 細(xì)胞研究領(lǐng)域又取得重大進(jìn)展：從孕婦產(chǎn)前的羊水細(xì)胞中快速建立 iPS 細(xì)胞,，所需時間只有 6 天,，為目前人類 iPS細(xì)胞相關(guān)報道中短,。近在線發(fā)表于雜志《人類分子遺傳學(xué)雜志》上的這項成果，是由中科院上海生命科學(xué)院／上海交大醫(yī)學(xué)院健康科學(xué)研究所金穎研究員帶領(lǐng)的干細(xì)胞研究組與上海新華醫(yī)院陳方教授合作完成的,。據(jù)金穎研究員介紹,，此前科學(xué)家已經(jīng)成功地將小鼠、大鼠,、獼猴,、豬和人的體細(xì)胞誘導(dǎo)成為 iPS 細(xì)胞，誘導(dǎo)技術(shù)也產(chǎn)生了巨大革新,，如減少外源轉(zhuǎn)錄因子的種類,，使用非整合病毒，質(zhì)粒法等等,。“目前關(guān)于人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究還處于起步階段,，所采用的供體細(xì)胞還僅僅局限在人包皮成纖維細(xì)胞、表皮細(xì)胞,、毛囊細(xì)胞等少數(shù)細(xì)胞類型,。更為棘手的是，這些細(xì)胞被重編程為 iPS 細(xì)胞所需要的時間比較長(通常為 16～35 天),，且效率很低,，這大大增加了在個過程中細(xì)胞的變異風(fēng)險。”金穎說,，“因此,，如何找到一種理想的人類體細(xì)胞來源，是*科學(xué)家的重點(diǎn)關(guān)注課題。”據(jù)介紹,，博士研究生李春亮等在金穎研究員指導(dǎo)下,，從孕婦產(chǎn)前診斷時剩余的羊水細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一部分特殊類群，它們在病毒介導(dǎo)的四種因子誘導(dǎo)下,，感染后第二天發(fā)生形態(tài)上的顯著變化,，第四天出現(xiàn)人胚胎干細(xì)胞類似形態(tài)的克隆，第六天就可以挑選后進(jìn)行建系,。研究人員對建立的 8株人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步鑒定后發(fā)現(xiàn),，這些細(xì)胞能夠長期在體外穩(wěn)定傳代并保持體外長期傳代核型正常，維持自我更新,，蛋白和轉(zhuǎn)錄水平高表達(dá)性的標(biāo)志基因,。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的主要應(yīng)用是分化和細(xì)胞移植。研究人員按照標(biāo)準(zhǔn)嘗試了羊水細(xì)胞來源的 iPS細(xì)胞的體外,、體內(nèi)分化潛能,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，iPS 細(xì)胞能夠分化成包括神經(jīng)前體細(xì)胞在內(nèi)的各種人體細(xì)胞,。
4 iPS 細(xì)胞的安全性 有多少,？
iPS 研究日本京都大學(xué)教授山中伸彌教授帶領(lǐng)團(tuán)隊在新一期《自然·生物技術(shù)》雜志上報告說，動物實驗證明,，用不同種類的體細(xì)胞培育出的誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPS）移植后使實驗鼠出現(xiàn)腫瘤的危險性存在很大差異,。研究人員分別利用小鼠胚胎的皮膚細(xì)胞、成年小鼠的胃細(xì)胞,、尾巴的皮膚細(xì)胞以及肝臟細(xì)胞培育 iPS 細(xì)胞,。利用不同的體細(xì)胞和培育方法，研究人員共培育出 36 種 iPS 細(xì)胞,。接著,，他們又使這 36 種 iPS 細(xì)胞都分化成具備演變成神經(jīng)能力的細(xì)胞，并把這些細(xì)胞植入另一些實驗鼠的大腦,。結(jié)果顯示,，被植入分化細(xì)胞來自成年小鼠尾巴皮膚細(xì)胞的實驗鼠中有 83％體內(nèi)出現(xiàn)了腫瘤；被植入分化細(xì)胞來自于小鼠胚胎皮膚細(xì)胞的實驗鼠中只有 8％出現(xiàn)腫瘤,；而如果實驗鼠移植的分化細(xì)胞來自成年小鼠的胃細(xì)胞,，其體內(nèi)沒有出現(xiàn)腫瘤。研究還發(fā)現(xiàn),，利用含有癌癥基因的體細(xì)胞培育 iPS,，對腫瘤的發(fā)生幾率并無顯著影響。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞能分化生成各種組織細(xì)胞,，同時又回避了倫理問題,，被視為未來再生醫(yī)療的重要材料,。上述研究表明，確保 iPS 細(xì)胞對治療的安全性,，重要的是選擇何種體細(xì)胞作為培育 iPS 細(xì)胞的原料,。