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iPS 優(yōu)化建系方法和安全性
早期建立 iPS 細胞的方法為：利用逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)表達 4 個 Yamanaka 因子, 然后將細胞在ES 細胞培養(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，在得到細胞形態(tài)相似的 iPS 細胞后，鑒定 iPS 細胞的多潛能性。這些方法構(gòu)建 iPS 細胞的效率很低, 細胞多潛能性不均一,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細胞建系的效率,人們從多方面改進構(gòu)建 iPS 細胞。
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 個基因植入皮膚細胞，使之被誘導(dǎo)為多功能干細胞，是干細胞研究的重大突破。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胞進行了試驗，結(jié)果顯示重組后的細胞株*具備了胚胎干細胞的特征。
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)多功能干細胞(iPS 細胞)，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 細胞移植后的癌變風(fēng)險。
3. 快速建立 iPS 細胞
我國科學(xué)家從羊水細胞中快速建立人類 iPS 細胞。繼前不久在世界上得到*由誘導(dǎo)多能干細胞(即 iPS 細胞)發(fā)育的小鼠之后，我國科學(xué)家在 iPS 細胞研究領(lǐng)域又取得重大進展：從孕婦產(chǎn)前的羊水細胞中快速建立 iPS 細胞，所需時間只有 6 天，為目前人類 iPS細胞相關(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、豬和人的體細胞誘導(dǎo)成為 iPS 細胞，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)多能干細胞的研究還處于起步階段，所采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(shù)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(通常為 16～35 天)，且效率很低，這大大增加了在個過程中細胞的變異風(fēng)險。”金穎說，“因此，如何找到一種理想的人類體細胞來源，是*科學(xué)家的重點關(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)人胚胎干細胞類似形態(tài)的克隆，第六天就可以挑選后進行建系。研究人員對建立的 8株人類誘導(dǎo)多能干細胞進行進一步鑒定后發(fā)現(xiàn)，這些細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)錄水平高表達性的標(biāo)志基因。誘導(dǎo)多能干細胞的主要應(yīng)用是分化和細胞移植。研究人員按照標(biāo)準(zhǔn)嘗試了羊水細胞來源的 iPS細胞的體外、體內(nèi)分化潛能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，iPS 細胞能夠分化成包括神經(jīng)前體細胞在內(nèi)的各種人體細胞。
4 iPS 細胞的安全性 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，用不同種類的體細胞培育出的誘導(dǎo)多功能干細胞（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胞、成年小鼠的胃細胞、尾巴的皮膚細胞以及肝臟細胞培育 iPS 細胞。利用不同的體細胞和培育方法，研究人員共培育出 36 種 iPS 細胞。接著，他們又使這 36 種 iPS 細胞都分化成具備演變成神經(jīng)能力的細胞，并把這些細胞植入另一些實驗鼠的大腦。結(jié)果顯示，被植入分化細胞來自成年小鼠尾巴皮膚細胞的實驗鼠中有 83％體內(nèi)出現(xiàn)了腫瘤；被植入分化細胞來自于小鼠胚胎皮膚細胞的實驗鼠中只有 8％出現(xiàn)腫瘤；而如果實驗鼠移植的分化細胞來自成年小鼠的胃細胞，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)多功能干細胞能分化生成各種組織細胞，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 細胞對治療的安全性，重要的是選擇何種體細胞作為培育 iPS 細胞的原料。