一文读懂什么是iPS细胞（诱导多能干细胞）

 

 来源公众号：StemCell再生医学 作者：觉一先生

      在生命科学的前沿领域，诱导多能干细胞（iPS）早已应用多年，为人类健康事业带来了新的曙光与希望。但对于许多人来说，iPS细胞或许还是一个陌生而神秘的概念。今天，就让我们一同揭开它神秘的面纱，深入了解什么是iPS细胞。

一、iPS细胞的定义

      iPS细胞，即诱导多能干细胞，是一类通过对成熟体细胞进行重编程而获得的细胞。它们打破了细胞分化的不可逆性，被赋予了类似胚胎干细胞的多能性，能够分化为身体内几乎所有类型的细胞，从神经元到心肌细胞，再到肝细胞等等，这种独特的能力使其在医学研究和治疗领域具有巨大的潜在价值，仿佛是一把开启细胞再生和疾病治疗新大门的钥匙。

二、iPS细胞的技术方法

1.转录因子介导的重编程

      最初，科学家们发现将特定的转录因子（如Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）导入体细胞，能够启动细胞的重编程过程，使其回归到多能性状态。这些转录因子就像是细胞命运的“指挥官”，通过调节基因表达，改写体细胞的“程序”，使其具备多向分化的潜能。然而，早期使用逆转录病毒作为载体导入转录因子时，存在着外源基因整合到细胞基因组的风险，这可能引发细胞突变或肿瘤形成等不良后果。

2.非整合型载体与替代方法的发展

      为了克服这一难题，科研人员不断探索创新，开发出了一系列非整合型重编程载体，例如仙台病毒。仙台病毒可以在细胞质中完成转录因子的传递，而不会将自身基因整合到宿主细胞基因组中，极大地提高了iPS细胞制备的安全性。此外，直接导入mRNA或蛋白质形式的转录因子，以及利用小分子化合物来替代部分转录因子等方法也在不断研究和完善之中，这些技术手段的进步为iPS细胞的临床应用提供了更可靠的基础。

3.基因编辑技术的辅助

      基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）在iPS细胞研究中也发挥着重要作用。通过精确地对iPS细胞基因组进行编辑，科研人员可以纠正致病基因的突变，或者引入特定的基因修饰，进一步优化iPS细胞的性能，使其更符合临床治疗的需求，例如增强其分化效率、提高细胞的稳定性等。

三、iPS细胞的研究成果与现状

      在过去的几十年里，iPS细胞的研究取得了令人瞩目的进展。世界各地的科研团队在实验室中成功地将iPS细胞分化为多种具有特定功能的细胞类型，不仅为基础科学研究提供了有力的工具，也为疾病治疗的临床试验奠定了基础。

      在基础研究方面，iPS细胞已被广泛用于构建各种疾病模型。例如，通过诱导帕金森病患者的体细胞重编程为iPS细胞，并进一步分化为神经元，科学家们能够在培养皿中模拟帕金森病的病理过程，深入研究疾病的发病机制，筛选潜在的治疗药物，为攻克这一难题提供了新的思路和方法。同样，在心血管疾病、糖尿病、神经系统疾病等众多领域，iPS细胞模型都展现出了独特的优势，推动了疾病研究向更深层次发展。

      在临床应用方面，虽然目前仍处于早期阶段，但已经有一些初步的临床试验正在进行中，涉及到多种疾病的治疗尝试，如黄斑变性、心肌梗死、脊髓损伤等。这些试验旨在探索iPS细胞及其分化产物在人体内的安全性和有效性，为未来大规模的临床应用积累宝贵的数据和经验。

四、iPS细胞的临床应用案例

      iPS细胞在不同医学领域的已展示除了应用潜力，特别是在神经退行性疾病、心血管疾病和损伤修复等方面的治疗前景。以下是一些iPS细胞的临床应用案例：

1.治疗帕金森病

      士泽生物医药（苏州/上海）有限公司完成了中国首例临床级自体iPSC衍生多巴胺能神经前体细胞注射液经颅内立体定位注射微创手术方式移植治疗帕金森病。这是中国首例，也是全球第二例自体iPS衍生细胞替代性移植治疗帕金森病的案例。首例受试者在手术后无手术及围术期的并发症或其他不良安全事件，各项检测指标正常且已顺利出院，平稳度过观察期并进入正式随访期。

2.治疗缺血性脑卒中

      呈诺医学自主研发的内皮祖细胞注射液产品ALF201顺利完成注册临床Ⅰ期的最后一例急性缺血性脑卒中（AIS）患者给药。这一进展开启了心脑血管疾病治疗的新里程碑，标志着基于诱导多能干细胞（iPSC）技术的创新疗法，有希望为急性缺血性脑卒中患者带来更好的临床获益。

3.治疗糖尿病足溃疡

     iPS细胞技术的应用为糖尿病足溃疡的治疗提供了新的途径。细胞分化为成纤维细胞和血管内皮细胞，并移植到糖尿病足溃疡的创面上，可以促进创面的愈合和新生血管的形成。在一项临床试验中，接受iPS细胞治疗的患者溃疡愈合时间明显缩短，且愈合质量显著提高，无不良事件发生。

4.治疗脊髓损伤

      iPS细胞分化为神经元和神经胶质细胞，并移植到脊髓损伤部位，可以促进受损神经元的再生和功能恢复。在一项临床试验中，接受iPS细胞治疗的患者运动和感觉功能明显改善，且无不良事件发生。

5.治疗心肌梗死

     iPS细胞衍生的心肌细胞在动物模型中显示出与宿主心肌结合的潜力，并在心肌梗塞的猴子模型中观察到移植后的功能改善。

五、iPS细胞使用时面临的风险或问题

1.致瘤性风险

      由于iPS细胞的重编程过程可能导致基因组不稳定，其分化产生的细胞在移植到体内后，存在形成肿瘤的潜在风险。这主要源于重编程过程中的遗传和表观遗传改变，以及未完全分化的细胞残留等因素。因此，如何确保iPS细胞及其分化产物的安全性，避免肿瘤发生，是临床应用前需要解决的关键问题之一。

2.免疫排斥反应

      尽管iPS细胞理论上可以来源于患者自身的体细胞，从而降低免疫排斥的可能性，但在实际操作中，细胞培养、分化过程中可能引入的外来物质以及细胞本身的免疫原性改变等因素，仍可能引发免疫反应。此外，对于异基因iPS细胞移植（即使用来自他人的iPS细胞），免疫排斥问题更为突出，需要开发有效的免疫抑制策略或细胞修饰方法来克服这一障碍。

3.分化效率与纯度问题

      目前，iPS细胞向特定细胞类型的分化效率和纯度还不尽如人意。在临床应用中，需要大量高纯度、功能成熟的分化细胞来确保治疗效果。然而，现有的分化技术往往难以精确控制细胞的分化方向和程度，导致分化产物中可能混杂有其他类型的细胞，这不仅影响治疗效果，还可能带来潜在的安全隐患。因此，优化分化方案，提高iPS细胞的分化效率和纯度，是当前研究的重要方向之一。

4.伦理道德考量

      虽然iPS细胞避免了胚胎干细胞所面临的一些伦理争议，但随着技术的发展和应用范围的扩大，新的伦理问题逐渐浮现。例如，对iPS细胞进行基因编辑可能引发对人类遗传基因库的影响以及潜在的滥用风险等问题，需要建立严格的伦理审查机制和监管体系，确保iPS细胞技术的合理应用，符合人类的道德和伦理价值观。

      综上所述，iPS细胞作为细胞生物学领域的一项重大突破，为医学研究和临床治疗带来了前所未有的机遇和希望。尽管目前在其应用过程中还存在诸多风险和问题，但随着科学技术的不断进步和研究的深入开展，我们有理由相信，这些问题将逐步得到解决，iPS细胞将在未来的医学领域发挥更加重要的作用，为人类的健康福祉做出巨大的贡献。让我们共同期待那一天的早日到来，见证生命科学的奇迹在现实中绽放光彩。

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