誘導性多能幹細胞（iPS細胞）最初是日本科學家山中伸彌（Shinya Yamanaka）團隊在2006年利用病毒載體將四個轉錄因子（Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc）的組合轉入到小鼠胚胎或皮膚纖維母細胞中，使其重編程而得到的類似胚胎幹細胞的一種細胞類型。這些ips細胞在形態、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀態、細胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎幹細胞極為相似。
2007年11月，由中國科學家俞君英領銜的Thompson實驗室和山中伸彌實驗室幾乎同時報道，成功地誘導人皮膚纖維母細胞成為幾乎與胚胎幹細胞完全一樣的ips細胞，所不同的是日本實驗室依然採用了用逆轉錄病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四種因子組合，而Thompson實驗室採用了以慢病毒載體引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28這種因子組合。
相比於胚胎幹細胞，iPS細胞不會產生倫理問題，而且利用宿主自身的成體細胞（如皮膚細胞、血細胞等）經重編程變成iPS細胞，將它們移植回相同個體，應該有可能不會引發免疫反應，此外iPS細胞非常適合用來構建疾病模型，不過將iPS細胞用於治療時也有風險：讓ips細胞移植到體內時有可能會產生腫瘤。
基於此，小編針對近年來ips細胞研究取得的進展，小編進行一番梳理，以饗讀者。
1.Stem Cell Res & Ther：來自老年機體的人類誘導多能幹細胞衍生的間充質幹細胞或能“返老還童”
doi:10.1186/s13287-019-1209-x
原代間充質幹細胞（MSCs）的使用往往充滿著與年齡相關的不足，諸如有限的擴張及過早衰老等，人類誘導多能幹細胞所衍生的間充質幹細胞（iMSCs，induced pluripotent stem cells-derived MSCs）已經被證明是MSCs的游泳臨床來源，其能有效克服與衰老相關的一些缺點，這一概念的重要性體現在了一項1期臨床試驗的治療中。
圖片來源：journal.frontiersin.org
近日，一項刊登在國際雜誌Stem Cell Research & Therapy上的研究報告中，來自海涅大學等機構的科學家們就通過研究分析了iMSCs中與恢復活力相關的標誌是如何獲取的。研究者比較了分化自胚胎幹細胞(ESCs-H1)的iMSCs和iPSCs（誘導多能幹細胞）之間在細胞特性、轉錄組和分泌組上的差異，ipsCs源於年輕人和老年人機體中的MSCs，其所產生的iMSCs（與來源無關）符合MSCs的標準，而且系統樹分析結果證實，所有iMSCs的轉錄組與親本的MSCs能聚集在一起，但卻不同於多能幹細胞。
與供體的年齡和初始細胞類型無關，iMSCs能夠獲得與活力恢復相關的50個基因特性，這些基因會在多能幹細胞中表達，但在親本的MSCs中並不會表達。值得注意的是，在再生醫學研究上，iMSCs能夠獲得與原代MSCs相類似的分泌蛋白質組，這就突出了其通過旁分泌信號通路進行傳導的能力。
2.Stem Cell Rep：科學家利用iPS開發出可工作的三維人工血腦屏障！
doi:10.1016/j.stemcr.2019.01.009
來自範德堡大學的研究人員近日朝著在培養皿中培育出大腦的目標邁出了一大步。他們成功地將誘導多功能幹細胞培養誘導成為了三維的血腦屏障模型。
未來的藥物測試和疾病研究都依賴於通過類器官（人器官的體外模型）確定藥物的療效和效價。在腦類器官中複製內皮障礙是非常關鍵的，因為大腦必須被保護起來免受血液中的物質的影響。
研究人員過去在2維培養皿中通過誘導多功能幹細胞培養出了大腦內皮，但是並沒有在三維水平進行驗證。
“以前開發藥物之後只需在動物身上進行初步的測試之後就會進行人體試驗，但是我們現在意識到這種方法存在一些問題。”生物化學和生物分子工程學副教授Ethan Lippmann博士說道。“我們計劃用這些模型去完成所有的其他臨床前研究。”力學工程學副教授Leon Bellan是該研究的另一個通訊作者，他表示這種方法甚至比之前的二維器官芯片更好。該研究成果於近日發表在《Stem Cell Reports》上。
3.Nat Biotechnol：CRISPR給iPS披上隱身衣！破解移植排斥難題！
doi:10.1038/s41587-019-0016-3
近日來自加州大學舊金山分校的科學家們首次使用CRISPR-Cas9基因編輯系統去創造出了第一個免疫系統“看不見的”多功能幹細胞，這是一個生物工程壯舉，這個方法在實驗室的動物模型中成功地防止了幹細胞移植的免疫排斥作用。由於這種通用的幹細胞比病人個體化定製的幹細胞更容易生產，因此這個方法讓我們距離實現再生醫學的終極目標更近了一步。
“科學家們一直在吹捧多功能幹細胞的治療潛力，這些細胞可以生長成為任何成年人組織，但是免疫系統是安全有效的幹細胞療法最大的障礙。”該研究領導作者、加州大學舊金山分校的心臟外科講座教授Tobias Deuse博士說道。
為了讓免疫系統無法識別這些幹細胞，研究人員使用CRISPR-Cas9系統敲除了幹細胞的主要組織相容性複合物（major histocompatibility complex，MHC）1和2對應的基因並使之高表達CD47，發現無論是小鼠還是人體來源的iPSCs都失去了免疫原性。這種無免疫原性的ipsCs可以維持它們的多功能幹細胞的潛能以及分化的能力。
由無免疫原性的小鼠或者人ipsCs分化而來的內皮細胞、平滑肌細胞、心肌細胞都成功地避開了MHC完全不匹配的異體受體的免疫排斥作用，同時在不使用免疫抑制劑的情況下可以長期存活。這些發現表明這種無免疫原性的細胞移植物可以進一步開發用於通用的移植產品。
4.日本開展臨床試驗利用幹細胞療法治療脊椎損傷
新聞來源：Japan trial to treat spinal cord injuries with stem cells
最近，日本研究人員將使用一種幹細胞進行臨床試驗，試圖治療脊髓損傷。東京慶應義塾大學的研究小組已經獲得了政府的批准，該試驗使用所謂的誘導多能幹（iPS）細胞 - 這種細胞有可能發展成體內的任何細胞 - 來治療嚴重脊髓損傷的患者。
（圖片來源：www.pixabay.com）
該大學表示，該試驗預計將於今年晚些時候開始，最初將集中對4名患者展開治療，這些患者在術前14至28天內發生脊椎損傷。該團隊將把200萬個iPS細胞移植到患者的脊柱中，然後進行康復治療並進行一年的監測。該大學補充說，對參與人數的嚴格限制是必要的，因為這個過程是“前所未有的，世界上第一個臨床試驗”。
據報道，該研究將針對18歲或以上完全失去運動和感覺功能的患者進行。研究人員表示，該試驗的主要目的是確認移植細胞的安全性和移植方法。
5.PNAS:細胞替代療法可用於治療肌營養不良症
doi:10.1073/pnas.1808303116
明尼蘇達大學醫學院最近一項研究為利用細胞療法治療肌營養不良帶來了新的希望。在這一發表在美國國家科學院院刊（PNAS）上的研究中，作者深入地研究了體外產生的細胞如何達到肌肉再生的目的。
多年來，研究者們率先在體外從多能幹細胞培養分化產生肌肉乾/祖細胞。這些細胞在移植到患有肌營養不良症的小鼠後能夠產生新的功能性肌肉。如今，研究人員已經推進了這些研究結果，首次確定了培養皿中產生的肌肉乾細胞的分子特徵。
“雖然移植的肌肉乾細胞與成年肌肉細胞看起來不一樣，但它們看起來也不再像胚胎細胞那樣，因此，這些細胞在被移植到肌肉環境後會發生變化，”作者說到。
“我們早就已經知道知道肌肉乾細胞在移植之後會發育產生新的肌肉細胞，但對組織環境在這一過程中的影響並不清楚。對此，我們這一研究瞭解了環境起著的具體作用，這是一個令人興奮的發現，”作者說到。 “在分子和功能水平上了解移植後這些細胞發生的變化，對於為未來的治療應用提供理論基礎尤為重要。”
6.eLife：科學家鑑別出與自閉症發病相關的基因突變
doi:10.7554/eLife.40092
近日，一項刊登在國際雜誌eLife上的研究報告中，來自加拿大多倫多大學病童醫院等機構的科學家們通過研究深入闡明瞭神經細胞突變對人類自閉症相關特性的影響。如今自閉症譜系障礙和自閉症患者常常會對一種特殊療法產生反應，即用誘導多能幹細胞(ipsCs)衍生的神經元細胞來治療患者，誘導多能幹細胞能產生人體所需要的任何一種類型的細胞，但較高的成本意味著在單一的從測試中僅會有少數的誘導多能幹細胞被使用，這就明顯限制了自閉症的研究，因此目前研究人員繼續在自閉症研究領域取得新的突破。
這項研究中，研究人員通過研究建立了一種可伸縮的iPSCs衍生神經元模型來改善自閉症領域的研究，研究者開發出了一種新型的資源庫，該資源庫中包含來自25名自閉症個體衍生的53種不同的iPSC細胞系，這些自閉症個體攜帶廣泛的罕見遺傳性突變。利用CRISPR基因編輯技術，研究人員開發出了四對等基因的ipsC細胞系（相同或類似遺傳組成），這些細胞系攜帶或不攜帶遺傳突變，他們想通過研究闡明突變對個體機體自閉症特性的影響。
研究者Eric Deneault博士說道，我們利用大規模的多電極陣列神經元記錄和更傳統的膜片鉗記錄來調查ipsC細胞系的突觸特性和電生理特性，研究結果揭示了遺傳突變和神經元細胞特性之間的諸多有趣的關聯。最讓研究人員不可思議的研究發現是，缺失CNTN5或EHMT2基因的神經元會出現一致的自發性神經網絡過度活躍，其會誘發人群出現自閉症特點，這種極度活躍神經網絡的發現與當前研究人員對自閉症的觀點一致，這就為後期深入研究自閉症的發病機制提供了新的思路和希望。
7.Gene Therapy：科學家開發出高效重編程幹細胞的新型系統
doi:10.1038/s41434-019-0058-7
誘導多能幹細胞（induced pluripotent stem cell）是許多再生醫學研究的主力軍，其能從分化細胞開始，當暴露在一系列複雜的遺傳混合製劑中時就會被重編程為多能幹細胞，近日，一項刊登在國際雜誌Gene Therapy上的研究報告中，來自梅奧診所的科學家們通過研究表示，利用麻疹病毒載體，他們就能實現將四個重編程因子的多載體過程轉化稱為單一循環的載體過程。這一過程是安全、穩定、快速且能應用於臨床實踐中。
此前，四種重編程因子（蛋白質OCT4，SOX2，KLF4和cMYC）能被引入細胞中誘導其以適當的方式進行改變，從而達到研究者的預期結果，這就會導致潛在部分重編程細胞的出現，因為並不是所有細胞都接受了重編程所需的四個因素；這項研究中，研究者就將上述四個重編程因子整合入麻疹病毒載體中，使這一過程一步完成，而且所有的靶向性細胞都能被潛在重編程。
值得注意的是，研究者所使用的麻疹病毒是減毒過的，即去除了病毒的危險因素，正如它們在疫苗中一樣，同時病毒也能作為運輸其它遺傳物質的載體，麻疹病毒因其安全、快速及可靶向性操作經常會被研究者使用。最後研究者表示，一種不進行基因組修飾的臨床可用的重編程系統或許能使誘導多能幹細胞療法的廣泛應用成為可能，在這些療法中，研究者就能使得患者自身的細胞被重編程，從而在特定的疾病器官中發揮作用，避免細胞排斥的風險。
8.Cell：新研究有望增加幹細胞重編程效率
doi:10.1016/j.cell.2019.01.006
單細胞RNA測序（scRNA-seq）可揭示單個細胞在一個給定時刻表達哪些基因，並且能夠提供關於細胞隨時間的推移如何發生變化的大量數據。然而，scRNA-seq會破壞細胞，因此科學家們無法精確追蹤細胞從一種狀態轉變到另一種狀態時所採用的發育路徑。因此，人們並未太多地瞭解細胞在正常胚胎髮育過程中或者當從一種成熟狀態重編程為一種幹細胞狀態時如何發生轉化。
在一項新的研究中，為了解決這個問題，來自美國布羅德研究所的研究人員利用一種強大的稱為“最佳運輸（optimal transport）”的數學方法構建出一種稱為Waddington-OT的框架。他們隨後在對幹細胞重編程開展的大規模scRNA-seq時間進程研究中使用這種方法來預測細胞群體如何從一種狀態轉變到另一種狀態。它為生物界提供了新的分析能力和巨大的發育路徑數據。相關研究結果在2019年2月7日的Cell期刊上，論文標題為“Optimal-Transport Analysis of Single-Cell Gene Expression Identifies Developmental Trajectories in Reprogramming”。
圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.01.006。
具體而言，這些研究人員在追蹤將成熟細胞（在這項研究中，指的是小鼠成纖維細胞）重編程為誘導性多能幹細胞（ipsC）的發育過程的大規模scRNA-seq研究中使用了Waddington-OT。在將Waddington-OT應用於所產生的數據集後，他們發現細胞重編程引起的發育程序和狀態變化比之前認為的更加廣泛。比如，在這種重編程過進展到一天半中，他們觀察到這些細胞開始分為兩個主要的細胞群體：一個細胞群體產生基質樣細胞（支持性的結構和結締組織細胞）；另一個細胞群體經歷上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition, EMT），產生類似於ipsC、神經元和胎盤細胞的細胞。此外，他們觀察到這些早期的細胞命運並非是固定的：在一個細胞群體中開始發育的一些細胞隨後轉化為另一個細胞群體中的細胞。
在隨後的實驗中，這些研究人員根據Waddington-OT的預測結果，探究了將一種稱為Obox6的轉錄因子和一種稱為GDF9的細胞因子添加到重編程細胞中如何可能影響重編程效率。正如Waddington-OT所預測的那樣，這兩種蛋白因子增強幹細胞增殖，這就表明Waddington-OT可能有機會改善這種重編程過程的效率。
9.Cell Stem Cell：重大突破！首次誘導多能幹細胞產生殺死腫瘤細胞的成熟T細胞
doi:10.1016/j.stem.2018.12.011
在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校的研究人員首次證實他們開發出的一種技術誘導多能幹細胞---它們能夠產生體內的每種細胞類型，並且可在實驗室裡無限制地生長---產生能夠殺死腫瘤細胞的成熟T細胞。這種技術使用一種稱為人工胸腺類器官（thymic organoids）的三維結構。這種人工胸腺類器官通過模擬胸腺環境發揮作用。在胸腺中，T細胞是由造血幹細胞產生的。相關研究結果於2019年1月17日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為“Organoid-Induced Differentiation of Conventional T Cells from Human Pluripotent Stem Cells”。論文通訊作者為加州大學舊金山分校的Gay Crooks博士。
在人工胸腺類器官中，人胚胎幹細胞產生T細胞（紅色輪廓），圖片來自UCLA Broad Stem Cell Research Center/Cell Stem Cell。
T細胞是抵抗感染的免疫系統細胞，但也有消除癌細胞的潛力。通過使用加州大學舊金山分校開發出的這種技術讓自我更新的多能幹細胞產生T細胞的能力可能導致人們開發出新的癌症免疫療法，並可能促進人們進一步研究針對HIV等病毒感染和自身免疫疾病的T細胞療法。這種技術最有希望的一個方面是它可以與基因編輯方法相結合，以便創造出幾乎無限制的T細胞供應用於大量患者體內而無需使用患者自己的T細胞。
10.Nat Neurosci：科學家闡明自閉症譜系障礙發生的分子機制
doi:10.1038/s41593-018-0295-x
自閉症譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）是一種相對常見的機體交流和行為發育障礙，其在美國影響著1/59的兒童的健康，儘管這種疾病如此流行，但目前研究人員並不清楚誘發該疾病的原因以及如何有效治療該病；近日，一項刊登在國際雜誌Nature Neuroscience上的研究報告中，來自索爾克研究所的科學家們通過研究將來自ASD個體機體的幹細胞與正常個體機體的幹細胞進行對比，首次闡明瞭ASD個體機體衍生細胞發育模式和速度上的差異；相關研究結果或能幫助研究人員開發出能早期診斷ASD的新方法。
研究者Rusty Gage說道，這項研究中儘管我們對培養中的細胞進行了研究，但相關結果或能幫助我們理解基因表達的早期改變如何導致ASD個體大腦發育的改變，本文研究或為後期研究神經精神病學和神經發育障礙提供新的思路和方法。這項研究中，研究者對來自8名ASD個體及5名正常個體機體的幹細胞進行研究，將其轉化成為多能幹細胞，隨後將這些多能幹細胞暴露於特定化學因子中誘導其轉化稱為神經元細胞。
通過利用幹細胞不同發育階段的分子“快照”信息，在幹細胞發育為神經元的過程中研究者就能夠以特定的順序追蹤細胞處於開啟狀態的遺傳程序，這或許就能揭示來自ASD個體的細胞表現出的關鍵差異，比如研究者就觀察到，在ASD細胞中，與神經幹細胞階段相關的遺傳程序會在早期階段開啟，這種遺傳程序包括與高几率ASD患病風險相關的許多基因，此外，相比對照組而言，最終由ASD個體發育所產生的神經元細胞會生長迅速並表現出更為複雜的分支。
研究者Simon Schafer說道，目前科學家們假設，早期大腦發育的異常會導致自閉症發生，但他們並不清楚正常發育的大腦如何轉化成為ASD的表現，本文研究中，研究人員確定了關鍵的發育時期和相關的細胞狀態，這或許就能幫助研究者發現ASD發生過程中的常見病理學特點。相關研究結果或能幫助研究人員更加地細化當前的方法框架，並在患者出現疾病症狀前理解早期的細胞生物學事件，同時本文研究還能幫助研究者開發更多動態學方法，來研究參與ASD發生和進展過程的多種機制。
閱讀更多 眾安健康銀行 的文章
