什么是iPS細(xì)胞

iPS細(xì)胞，即誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells），是通過重編程技術(shù)，把不能分化的體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟鞣矫娑寂c胚胎干細(xì)胞極為接近的一種多能干細(xì)胞。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

iPS細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

2006，山中伸彌在《cell》中發(fā)表“Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors”，在這篇文章中通過逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)化方法將4種因子Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4導(dǎo)入小鼠皮膚成纖維細(xì)胞中從而獲得了具有胚胎干細(xì)胞特性的iPS細(xì)胞；在2007年，山中伸彌又在《cell》中發(fā)表“Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors”，這篇文章中通過慢病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)的方法將4種因子Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc轉(zhuǎn)導(dǎo)人體皮膚成纖維細(xì)胞后可獲得成具有胚胎干細(xì)胞特性的iPS細(xì)胞，同年，在Thompson實(shí)驗(yàn)室則是用慢病毒載體引入Oct4、Sox2、Nanog和LIN28也可獲得iPS細(xì)胞。

人真皮成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)為iPS細(xì)胞

iPS細(xì)胞的建立過程

1) 分離和培養(yǎng)宿主細(xì)胞。

2) 通過病毒介導(dǎo)或者其他的方式將若干多個(gè)多能性相關(guān)的基因?qū)胨拗骷?xì)胞。

3) 將病毒感染后的細(xì)胞種植于飼養(yǎng)層細(xì)胞上，并于胚胎干細(xì)胞專用培養(yǎng)體系中培養(yǎng)，同時(shí)在培養(yǎng)中根據(jù)需要加入相應(yīng)的小分子物質(zhì)以促進(jìn)重編程。

建立iPS細(xì)胞的流程圖

iPS細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)

1) iPS細(xì)胞類似于胚胎干細(xì)胞，具有強(qiáng)大的分化再生能力，可以分化成人體各個(gè)器官和組織所需要的各種細(xì)胞類型。

2) iPS細(xì)胞是通過遺傳編輯而來的一種干細(xì)胞，此在來源方面不存在社會(huì)倫理問題。

3) iPS細(xì)胞可以通過CRISPR/cas9基因編輯產(chǎn)生同基因?qū)φ占?xì)胞系。該基因編輯可以改變DNA達(dá)到使用細(xì)胞治療人類疾病的目標(biāo)。

iPS細(xì)胞的應(yīng)用前景

iPS細(xì)胞作為種子細(xì)胞，在理論上可以定向分化成幾乎所有細(xì)胞類型、又可以進(jìn)行改造和挑選，又有近乎無限的增殖能力，是非常完美的細(xì)胞藥物的初始材料。

1. iPS細(xì)胞體外生成“人造血管”

2019年，由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)和奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所合作完成了世界首次成功在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中將干細(xì)胞培育成完整的“血管類器官”，它們擁有內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞及毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)真實(shí)的人血管的結(jié)構(gòu)和功能，這一突破對(duì)攻克糖尿病和多種血管疾病有重要意義。

人類多能干細(xì)胞分化為血管類器官的示意圖

2. iPS人工角膜移植成功

2019年，日本大阪大學(xué)研究人員將iPS細(xì)胞分化誘導(dǎo)為角膜細(xì)胞組織，再將其制備成不易發(fā)生免疫排斥的圓形透明角膜片狀組織，同時(shí)也完成了全球首例利用iPS細(xì)胞培養(yǎng)出的角膜組織進(jìn)行移植的臨床手術(shù)。

3. iPS細(xì)胞體外生成“人工肝臟”

2019年，由東京醫(yī)學(xué)和牙科大學(xué)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組用iPS細(xì)胞培育出了直徑只有約0.2mm的肝臟組織，可用于體外再現(xiàn)肝炎病癥并用于試驗(yàn)相關(guān)藥物。研究人員表示可以通過iPS細(xì)胞創(chuàng)建“微型器官”，重現(xiàn)疾病狀態(tài)，進(jìn)而研究發(fā)病機(jī)理，為根治相關(guān)疾病奠定理論基礎(chǔ)。

總結(jié)和展望

iPS細(xì)胞的出現(xiàn)，讓再生醫(yī)學(xué)界擺脫了胚胎干細(xì)胞研究相關(guān)的倫理桎梏，在短短十幾年的時(shí)間便從實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于臨床。iPS細(xì)胞的科技成果與百姓健康密切相關(guān)，為解決疑難雜癥、消除患者痛苦做出了扎實(shí)的貢獻(xiàn)。但是，目前誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的使用仍然存在一定風(fēng)險(xiǎn)，它的過度表達(dá)可能引發(fā)癌癥的發(fā)展。所以，就臨床應(yīng)用而言，安全有效的使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞仍然是科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。