誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

1、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cell,iPS）主要內(nèi)容 什么是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 獲取誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的基本原理 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的優(yōu)缺點(diǎn) 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的誘導(dǎo)培養(yǎng)與鑒定 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的發(fā)展歷程 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的發(fā)展前景 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞臨床應(yīng)用中存在的問題We help you discover life干細(xì)胞 具有無限制自我更新能力、同時也可分化成特定組織的細(xì)胞，在細(xì)胞發(fā)育過程中處于較原始階段。 包括：胚胎干細(xì)胞 成體干細(xì)胞（組織干細(xì)胞）：幾乎所有的成熟組織中都存在相應(yīng)的組織干細(xì)胞，如上皮干細(xì)胞、 造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、肌肉干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、牙髓干細(xì)胞等。

2、 Cyagen Biosciences Inc.We help you discover life人體胚胎干(hES)細(xì)胞優(yōu)點(diǎn)：有潛力在體內(nèi)發(fā)育成任何細(xì)胞類型缺點(diǎn)： (1)供體卵母細(xì)胞的來源困難, ES細(xì)胞建系效率低 (2)免疫排斥反應(yīng) (3)ES細(xì)胞具有成瘤性 (4)體外保持ES細(xì)胞全能性的條件非常復(fù)雜 (5)倫理學(xué)爭論Cyagen Biosciences Inc.We help you discover lifeiPS 通過基因轉(zhuǎn)染技術(shù)(gene transfection)將某些轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入動物或人的體細(xì)胞, 使體細(xì)胞直接重構(gòu)成為胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell, ESC

3、）細(xì)胞樣的多潛能細(xì)胞。 iPS細(xì)胞不僅在細(xì)胞形態(tài)、 生長特性、 干細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)等方面與ES細(xì)胞非常相似, 而且在DNA甲基化方式、 基因表達(dá)譜、 染色質(zhì)狀態(tài)、 形成嵌合體動物等方面也與ES細(xì)胞幾乎完全相同。 Cyagen Biosciences Inc.We help you discover life獲取iPS細(xì)胞的基本原理 ES細(xì)胞中的與細(xì)胞多能性有關(guān)的基因能夠表達(dá)，如：oct4，Sox2等。而已分化的體細(xì)胞中的這些基因不能表達(dá)。通過導(dǎo)入與多能性有關(guān)的外源基因來激活體細(xì)胞中的多能性基因，從而使體細(xì)胞從分化狀態(tài)重編程為多能性干細(xì)胞。Cyagen Biosciences Inc.We hel

4、p you discover lifeiPS優(yōu)點(diǎn) 與經(jīng)典的胚胎干細(xì)胞技術(shù)和體細(xì)胞核移植技術(shù)不同，iPS技術(shù)不使用胚胎細(xì)胞或卵細(xì)胞，因此沒有倫理學(xué)的問題。 利用iPS技術(shù)可以用病人自己的體細(xì)胞制備專用的干細(xì)胞，所以不會有免疫排斥的問題。Cyagen Biosciences Inc.We help you discover lifeiPS缺點(diǎn) 比如，添加4個“重新編程”基因或取代疾病細(xì)胞中有缺陷基因的方法都可能有導(dǎo)致癌癥的副作用。Cyagen Biosciences Inc.We help you discover lifeiPS細(xì)胞制備流程1.分離和培養(yǎng)宿主細(xì)胞2.通過病毒（逆轉(zhuǎn)錄病毒、慢病毒或

5、者腺病毒）介導(dǎo)的方法將外源基因（oct4、sox2、klf4、c-myc）導(dǎo)入宿主細(xì)胞；或者通過非病毒方法將轉(zhuǎn)錄因子DNA、RNA或者重組蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)染到宿主細(xì)胞。3.將感染轉(zhuǎn)錄因子的宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)移至飼養(yǎng)層細(xì)胞上，在ES細(xì)胞培養(yǎng)液中培養(yǎng)，同時在培養(yǎng)液中加入一種或者兩種小分子物質(zhì)促進(jìn)重編程。4.篩選ES細(xì)胞克隆樣的克隆并鑒定iPS細(xì)胞的鑒定 表面標(biāo)志分子鑒定 IPS細(xì)胞能夠表達(dá)多能干細(xì)胞特異的表面標(biāo)志分子，如：ssea-1（階段特異性胚胎抗原1），ssea-3等。這些物質(zhì)在已分化體細(xì)胞表面不表達(dá)，從而鑒定。iPS細(xì)胞的鑒定 表觀遺傳狀態(tài)鑒定 iPS細(xì)胞與ES細(xì)胞具有相似的DNA甲基化模式和組蛋白修飾情

6、況。iPS細(xì)胞中的多能基因，如oct-4，Nanong等的啟動子區(qū)域CpG島從高甲基化轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃艵S細(xì)胞的低甲基化狀態(tài)。 iPS細(xì)胞的多能基因啟動子區(qū)域具有與ES細(xì)胞相同的高H3K4Me3及低H3K27Me3水平。 DNA甲基化：DNA的CG兩個核苷酸的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，形成5甲基胞嘧啶，常見于基因的5-CG-3序列。DNA的甲基化可引起基因的失活。 CpG島：CpG即核苷酸對，CpG雙核苷酸在人類基因組中的分布很不均一，而在基因組的某些區(qū)段，CpG保持或高于正常概率，這些區(qū)段被稱作CpG島。 CpG島主要在基因的啟動子和第一外顯子區(qū)域。iPS細(xì)胞的鑒定iPS細(xì)胞的鑒定基因表達(dá)模式和發(fā)

7、育潛能鑒定 ES和iPS細(xì)胞基因表達(dá)譜基本相同。iPS細(xì)胞具有發(fā)育為包括神經(jīng)組織、軟骨和柱狀上皮在內(nèi)的三個胚層的能力，并能參與生殖系統(tǒng)的發(fā)育，這與ES細(xì)胞相同。制備iPS細(xì)胞的細(xì)胞來源 成纖維細(xì)胞（皮膚、骨髓） 神經(jīng)細(xì)胞 角質(zhì)細(xì)胞 外周血來源的細(xì)胞 臍帶血 臍帶、胎盤來源的間充質(zhì)干細(xì)胞 患者來源的細(xì)胞制備iPS細(xì)胞導(dǎo)入外源基因使用的載體一、整合性載體 逆轉(zhuǎn)錄病毒（感染分裂期細(xì)胞） 慢病毒（感染分裂期和非分裂期細(xì)胞）二、非整合載體 質(zhì)粒（缺乏在哺乳動物細(xì)胞自我復(fù)制的能力） Episomal質(zhì)粒（可在細(xì)胞中自我復(fù)制） 腺病毒三、可剪切的整合載體iPS細(xì)胞體內(nèi)外誘導(dǎo)分化 小鼠iPS細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞

8、 人iPS細(xì)胞成功培養(yǎng)出血細(xì)胞 人iPS細(xì)胞分化為心臟細(xì)胞 iPS細(xì)胞分化為肝細(xì)胞 應(yīng)用iPS細(xì)胞獲得胰腺器官iPS發(fā)展歷程 2006年日本京都大學(xué)山中伸彌Shinya Yamanaka領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室在世界著名學(xué)術(shù)雜志細(xì)胞上率先報道了iPS的研究。 他們把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這4種轉(zhuǎn)錄因子引入小鼠胚胎或皮膚纖維母細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎干細(xì)胞極為相似。Cyagen Biosciences Inc.We help you discover lifeCyage

9、n Biosciences Inc.We help you discover lifeCyagen Biosciences Inc.We help you discover lifeRetrovirally encoded transcription factor genes were introduced into mouse embryonic and adult fibroblasts. After integration and expression of the transgenes, the fibroblasts were reprogrammed to pluripotency

10、.發(fā)展歷程： 2007年末，Thompson實(shí)驗(yàn)室和山中伸彌實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r報道，利用iPS技術(shù)同樣可以誘導(dǎo)人皮膚纖維母細(xì)胞成為幾乎與胚胎干細(xì)胞完全一樣的多能干細(xì)胞。 所不同的是日本實(shí)驗(yàn)室依然采用了用逆轉(zhuǎn)錄病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4種因子組合，而Thompson實(shí)驗(yàn)室則采用了以慢病毒載體引入OCT4、SOX2加NANOG和LIN28這四種因子組合。 這些研究成果被美國科學(xué)雜志列為2007年十大科技突破中的第2位。Cyagen Biosciences Inc.We help you discover life發(fā)展歷程 2008年，哈佛大學(xué)George Daley實(shí)驗(yàn)室

11、利用誘導(dǎo)細(xì)胞重新編程技術(shù)把采自10種不同遺傳病患者病人的皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閕PS，這些細(xì)胞將會在建立疾病模型、藥物篩選等方面發(fā)揮重要作用。 美國科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，iPS可在適當(dāng)誘導(dǎo)條件下定向分化，如變成血細(xì)胞，再用于治療疾病。 哈佛大學(xué)另一家實(shí)驗(yàn)室則發(fā)現(xiàn)利用病毒將3種在細(xì)胞發(fā)育過程中起重要作用的轉(zhuǎn)錄因子引入小鼠胰腺外分泌細(xì)胞，可以直接使其轉(zhuǎn)變成與干細(xì)胞極為相似的細(xì)胞，并且可以分泌胰島素、有效降低血糖。這表明利用誘導(dǎo)重新編程技術(shù)可以直接獲得某一特定組織細(xì)胞，而不必先經(jīng)過誘導(dǎo)多能干細(xì)胞這一步。Cyagen Biosciences Inc.We help you discover life 2009年，中國科學(xué)家于2008年11月利用iPS細(xì)胞培育出小鼠“小小” 中國科學(xué)院動物研究所周琪研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院曾凡一研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究組合作完成的工作表明，利用iPS細(xì)胞能夠得到成活的具有繁殖能力的小鼠，從而在世界上第一次證明了iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞具有相似的多能性?？茖W(xué)家表示，這一研究成果表明iPS干細(xì)胞或許同胚胎干細(xì)胞一樣可以作為治療各種疾病的潛在來源。在中國：Cyagen Biosciences Inc.We help you discover lifeIPS細(xì)胞的應(yīng)用前景 用于器官移