誘導多能干細胞

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

2、 Cyagen Biosciences Inc.We help you discover life人體胚胎干(hES)細胞優(yōu)點：有潛力在體內(nèi)發(fā)育成任何細胞類型缺點： (1)供體卵母細胞的來源困難, ES細胞建系效率低 (2)免疫排斥反應 (3)ES細胞具有成瘤性 (4)體外保持ES細胞全能性的條件非常復雜 (5)倫理學爭論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)錄因子導入動物或人的體細胞, 使體細胞直接重構(gòu)成為胚胎干細胞（embryonic stem cell, ESC

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

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

5、者腺病毒）介導的方法將外源基因（oct4、sox2、klf4、c-myc）導入宿主細胞；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)染到宿主細胞。3.將感染轉(zhuǎn)錄因子的宿主細胞轉(zhuǎn)移至飼養(yǎng)層細胞上，在ES細胞培養(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)促進重編程。4.篩選ES細胞克隆樣的克隆并鑒定iPS細胞的鑒定 表面標志分子鑒定 IPS細胞能夠表達多能干細胞特異的表面標志分子，如：ssea-1（階段特異性胚胎抗原1），ssea-3等。這些物質(zhì)在已分化體細胞表面不表達，從而鑒定。iPS細胞的鑒定 表觀遺傳狀態(tài)鑒定 iPS細胞與ES細胞具有相似的DNA甲基化模式和組蛋白修飾情

6、況。iPS細胞中的多能基因，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細胞的低甲基化狀態(tài)。 iPS細胞的多能基因啟動子區(qū)域具有與ES細胞相同的高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細胞的鑒定iPS細胞的鑒定基因表達模式和發(fā)

7、育潛能鑒定 ES和iPS細胞基因表達譜基本相同。iPS細胞具有發(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細胞相同。制備iPS細胞的細胞來源 成纖維細胞（皮膚、骨髓） 神經(jīng)細胞 角質(zhì)細胞 外周血來源的細胞 臍帶血 臍帶、胎盤來源的間充質(zhì)干細胞 患者來源的細胞制備iPS細胞導入外源基因使用的載體一、整合性載體 逆轉(zhuǎn)錄病毒（感染分裂期細胞） 慢病毒（感染分裂期和非分裂期細胞）二、非整合載體 質(zhì)粒（缺乏在哺乳動物細胞自我復制的能力） Episomal質(zhì)粒（可在細胞中自我復制） 腺病毒三、可剪切的整合載體iPS細胞體內(nèi)外誘導分化 小鼠iPS細胞分化為神經(jīng)細胞

8、 人iPS細胞成功培養(yǎng)出血細胞 人iPS細胞分化為心臟細胞 iPS細胞分化為肝細胞 應用iPS細胞獲得胰腺器官iPS發(fā)展歷程 2006年日本京都大學山中伸彌Shinya Yamanaka領(lǐng)導的實驗室在世界著名學術(shù)雜志細胞上率先報道了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胞，發(fā)現(xiàn)可誘導其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS細胞在形態(tài)、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀態(tài)、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干細胞極為相似。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實驗室和山中伸彌實驗室?guī)缀跬瑫r報道，利用iPS技術(shù)同樣可以誘導人皮膚纖維母細胞成為幾乎與胚胎干細胞完全一樣的多能干細胞。 所不同的是日本實驗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實驗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George Daley實驗室

11、利用誘導細胞重新編程技術(shù)把采自10種不同遺傳病患者病人的皮膚細胞轉(zhuǎn)變?yōu)閕PS，這些細胞將會在建立疾病模型、藥物篩選等方面發(fā)揮重要作用。 美國科學家還發(fā)現(xiàn)，iPS可在適當誘導條件下定向分化，如變成血細胞，再用于治療疾病。 哈佛大學另一家實驗室則發(fā)現(xiàn)利用病毒將3種在細胞發(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胞，可以直接使其轉(zhuǎn)變成與干細胞極為相似的細胞，并且可以分泌胰島素、有效降低血糖。這表明利用誘導重新編程技術(shù)可以直接獲得某一特定組織細胞，而不必先經(jīng)過誘導多能干細胞這一步。Cyagen Biosciences Inc.We help you discover life 2009年，中國科學家于2008年11月利用iPS細胞培育出小鼠“小小” 中國科學院動物研究所周琪研究員和上海交通大學醫(yī)學院曾凡一研究員領(lǐng)導的研究組合作完成的工作表明，利用iPS細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細胞與胚胎干細胞具有相似的多能性?？茖W家表示，這一研究成果表明iPS干細胞或許同胚胎干細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細胞的應用前景 用于器官移