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    iPS细胞是通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录因子导入动物或人的体细胞,使体细胞直接重构成为胚胎干细胞(embryonic stemcell,ESC)细胞样的多潜能细胞。

    编辑摘要

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    简介/ips细胞 编辑

    ips细胞ips细胞

    iPS细胞是将一些多能遗传基因导入皮肤等细胞中制造而成。让普通体细胞“初始化”,使其具备干细胞功能,这就是“iPS细胞”。

    “iPS细胞”不仅在细胞形态、生长特性,干细胞标志物表达等方面与ES细胞非常相似,而且在DNA甲基化方式、基因表达谱、染色质状态、形成嵌合体动物等方面也与ES细胞(胚胎干细胞)几乎完全相同。

    iPS细胞和ES细胞除了不能生成胚胎以外,可以产生所有的细胞,如果用于医疗,那么理论上可以治愈所有疾病——凡是不好的组织都去除,替换为重新生长的正常组织。

    研究历程/ips细胞 编辑

    iPS细胞iPS细胞

    2006年日本京都大学山中伸弥(Shinya Yamanaka)领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了iPS的研究。

    他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞,发现可诱导其发生转化,产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。

    2007年11月,Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道,利用ips技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞。

    所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种因子组合,而Thompson实验室采用了以慢病毒载体引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28这种因子组合。

    这些研究成果被美国《科学》杂志列为2007年十大科技突破中的第二位。

    2008年,哈佛大学George Daley实验室利用诱导细胞重新编程技术把采自10种不同遗传病患者病人的皮肤细胞转变为iPS,这些细胞将会在建产疾病模型、药物筛选等方面发挥重要作用。

    美国科学家还发现,iPS可在适当诱导条件下定向分化,如变成血细胞,再用于治疗疾病。

    哈佛大学另一家实验室则发现利用病毒将三种在细胞发育过程中起重要作用的转录因子引入小鼠胰腺外分泌细胞,可以直接使其转变成与干细胞极为相似的细胞,并且可以分泌胰岛素、有效降低血糖。这表明利用诱导重新编程技术可以直接获得某一特定组织细胞,而不必先经过诱导多能干细胞这一步。

    2009年,中国科学家于2008年11月利用iPS细胞培育出小鼠—“小小”。

    中国科学院动物研究所周琪研究员和上海交通大学医学院曾凡一研究员领导的研究组合作完成的工作表明,利用iPS细胞能够得到成活的具有繁殖能力的小鼠,从而在世界上第一次证明了iPS细胞与胚胎干细胞具有相似的多能性。这一研究成果表明iPS干细胞或许同胚胎干细胞一样可以作为治疗各种疾病的潜在来源。

    2012年10月8日,瑞典卡洛琳斯卡医学院宣布,将2012年的诺贝尔医学生理学奖授予培育出了“诱导多能干细胞”(ips细胞)的日本京都大学教授山中伸弥和英国发育生物学家剑桥大学博士约翰·戈登。

    2013年5月,中国科学家发现了一种新细胞生物学机制,有望推动诱导多能干细胞技术更快地应用到疾病治疗中。中科院广州生物医药与健康研究院研究员裴端卿、郑辉的团队完成的这一研究成果26日在线发表于国际学术期刊《自然·细胞生物学》。[1]

    制备/ips细胞 编辑

    ips细胞建立的简单过程ips细胞建立的简单过程

    iPS细胞建立的过程主要包括:

    (1)分离和培养宿主细胞;

    (2)通过病毒介导或者其他的方式将若干多个多能性相关的基因导入宿主细胞

    (3)将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上,并于ES细胞专用培养体系中培养,同时在培养中根据需要加入相应的小分子物质以促进重编程;

    (4)出现ES样克隆后进行iPS细胞的鉴定(细胞形态、表观遗传学、体外分化潜能等方面)。[2]

    应用/ips细胞 编辑

    ips细胞ips细胞

    iPS细胞的出现,在干细胞研究领域、表观遗传学研究领域以及生物医学研究领域都引起了强烈的反响,这不仅是因为它在基础研究方面的重要性,更是因为它为人们带来的光明的应用前景。

    在基础研究方面,它的出现,已经让人们对多能性的调控机制有了突破性的新认识细胞重编程是一个复杂的过程,除了受细胞内因子调控外,还受到细胞外信号通路的调控。对于Oct4、Sox2和Nanog等维持于细胞自我新能力的转录因子的研究正在逐渐地展开;利用iPS细胞作为实验模型,只操纵几个因子的表达,这更会大大加速对多能性调控机理的深入研究。

    在实际应用方面,iPS细胞的获得方法相对简单和稳定,不需要使用卵细胞或者胚胎。这在技术上和伦理上都比其他方法更有优势,iPS细胞的建立进一步拉近了干细胞和临床疾病治疗的距离,iPS细胞在细胞替代性治疗以及发病机理的研究、新药筛选方面具有巨大的潜在价值。

    此外,iPS细胞在神经系统疾病、心血管疾病等方面的作用也日益呈现,iPS细胞在体外已成功地被分化为神经元细胞神经胶质细胞、心血管细胞和原始生殖细胞等。在临床疾病治疗中具有巨大应用介值。[2]

    优点/ips细胞 编辑

    与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同,iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞,因此没有伦理学的问题。

    利有iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞,所以不会有免疫排斥的问题。

    缺点/ips细胞 编辑

    添加四个“重新编程”基因或取代疾病细胞中有缺陷基因的方法都可能有导致癌症的副作用。

     

    展望/ips细胞 编辑

    从iPS细胞发育而成的小鼠从iPS细胞发育而成的小鼠
    由于iPS细胞自身的安全性问题,到2012为止,iPS细胞还无法应用于临床治疗,要得到安全实用的有临床应用价值的治疗型iPS细胞,必须避免使用整合性病毒以及有致癌性的外源基因。

    根据iPS细胞在短时间内取得的一系列突破,可以预见,iPS细胞必将解决人类面临的各种疾患。但是还面临许多急待突破瓶颈和需要深入研究的领域:

    (1)研究iPS细胞自我复制、增殖和分化等的调控机制及iPS细胞体外定向诱导分化机制;

    (2)充分评价iPS细胞临床应用的安全性;

    (3)建立无遗传修饰的iPS细胞制备方法( 如仅利用蛋白或小分子化合物即将人的细胞重编程为iPS细胞)。

    科学丑闻/ips细胞 编辑

    2012年10月就iPS细胞(诱导多能干细胞)制作心肌细胞移植给重症心脏病患者的研究成果属于虚构一事,东京大学医院的特任研究员森口尚史自己承认了造假的事实。

    诺贝尔奖/ips细胞 编辑

    2012年10月8日,瑞典卡洛琳斯卡医学院宣布,将2012年的诺贝尔医学生理学奖授予日本京都大学教授山中伸弥和英国发育生物学家剑桥大学博士约翰·戈登

    获奖成果为山中教授从皮肤细胞等体细胞中培育出了“诱导多能干细胞induced pluripotent stem cells”,即iPS细胞。iPS细胞能培养出各种细胞,因此山中教授的发明为再生医疗开辟了一条崭新的道路。

    山中教授在2006年8月公布了他的研究成果,他将4个基因注入从老鼠尾巴中所提取的体细胞中,并成功地培养出了iPS细胞。在2007年11月他宣布,这项实验在人体皮肤细胞上也获得了成功。[3]

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    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2013-05-29
    [2]^引用日期:2012-07-01
    [3]^引用日期:2012-10-09
    扩展阅读
    1人民网 iPS细胞的全能性首次被证明 2009年07月24日

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