诱导多能干细胞(iPSCs)入门指南第1部分:再生医学的复兴

客人的博客

这篇文章由Kusumika(Kushi)Mukherjee,编辑贡献药理学趋势Cell Press的评论杂志。

IPSCS Visual Abstract的入门指南

干细胞[1]是一种特殊类型的细胞,可以发育或“分化”为具有特定功能的更特化的细胞。在许多组织中,干细胞用于补充/替换不再具有[1]功能的受损细胞。干细胞分化成多种细胞类型的能力使它们成为发育过程的有用模型和有前途的治疗工具。定义干细胞的两个独特特征是:

  • 他们的能力自我更新或在保持未分化的“茎”状态的同时复制,
  • 他们的效力或分化成特殊细胞类型[2]的能力。

我们谈论4级干细胞效力:

  1. 全权传阶:指一个细胞具有产生生物体中所有分化细胞的能力,包括胚胎细胞和胚胎外细胞。在哺乳动物的发育过程中,受精卵到桑葚胚阶段的细胞是全能的[2-4]。
  2. 多能性:指一个细胞有能力分化为内胚层、外胚层和中胚层中任何一层的细胞。本质上,多能细胞可以被认为是多能细胞的后代。多能细胞的一个例子是胚胎干细胞(ESCs),我将在[2]下面详细讨论它。
  3. Multipotency:指一个细胞可以分化为同一谱系的多种细胞类型。血液(造血)干细胞是多能细胞的一个很好的例子。
  4. Unipotency顾名思义,这类细胞只能分化成一种细胞类型。在成人肌肉中发现的肌肉卫星细胞是单能的。它们只能分化为肌原性前体细胞[5]。

干细胞的分类

干细胞根据来源分为两大类:

  • 胚胎干细胞

ESCs是能形成所有成体细胞类型的多能干细胞,从5-6日龄的人类胚泡[6]的内细胞团(ICM)中获得。它们大多来自于妊娠期间产生的异常和/或多余的着床前胚胎体外施肥治疗并后续捐赠,以便于ESC研究目的,捐赠者的知情同意[7]。

  • 成人干细胞(ASCS)

这些多能干细胞也被称为体细胞,它们少量存在于成人体内许多器官的特定“干细胞龛”中。这些细胞根据它们的位置产生特殊的细胞,主要是维持细胞数量或补充死亡细胞。例如,骨髓中发现的造血干细胞只分化为外周血细胞。通常情况下,每个组织中都有少量的ASCs,一旦从体内移除;它们的自我更新能力大大减弱。

胚胎干细胞和成体干细胞可以用于不同的研究和治疗目的。两种类型都有各自的优点和缺点。以下是列出其中一些的表格:

特征 退出 ASC
自我更新 低一度与人体隔离
用法 普遍的。可以产生所有成人类型。 有限的。只能产生特定的细胞类型
道德问题 高的。ESC隔离期间胚胎被摧毁。 低的
用于治疗时移植后排斥反应的几率 低(如果从患者体内分离出ASCs)

多年来,ESC或ASC是在再生医学中工作的科学家唯一的现实选择,而是对模型系统的渴望,这两者的优势同时限制了缺点导致诱导多能干细胞或IPSC的产生。

诱导多能干细胞

IPSCS是通过通过四胚胎基因-OTT4,SOX2,KLF4和C-MYC的异位表达重编程分化的成年细胞而获得的干细胞。IPSC是在Shinya Yamanaka实验室的2006年小鼠成纤维细胞产生的,其中通过逆转录病毒感染进行了重新编程因素[8]。当yamanaka和汤姆森实验室都会通过逆转录病毒和慢病毒感染显示来自皮肤成纤维细胞的人类IPSC的成功产生的人类IPSC [9,10]。这些恒星作品导致2012年Yamanaka博士的诺贝尔奖。

寻找生成诱导多能干细胞的质粒

iPSCs和ESCs在许多方面非常相似。与ESCs一样,诱导多能干细胞具有较高的自我更新率,可普遍用于生成多种成体细胞类型。与ESCs一样,iPSCs也能分化体外形成三个胚层的衍生物,形成胚状体,形成畸胎瘤[11]。iPSCs还具有类似的形态、生长特性和表达类似ESCs[11]的干细胞标记物。

虽然IPSCS和ESC具有类似的功能实用程序,但IPSCS绕过移植兼容性问题和ESC的道德问题。由于IPSCs可以在治疗上使用时直接从患者的成人细胞中排出,后移植后排斥的机会低。此外,随着IPSC的产生不需要胚胎,它们使用围绕胚胎在研究中使用的裙子问题。通过所有这些福利,IPSCS越来越多地成为过去十年中再生医学研究的理想实验系统。

在本系列的下一篇文章中,我们将讨论两种广泛使用的体细胞转化方法:通过诱导多能干细胞形成的转化,通常被称为重新编程而且,从一种体细胞类型到另一种体细胞类型的直接转换,也称为转置异化


非常感谢我们的客座博主Kusumika (Kushi) Mukherjee。

Kushi Photo Square.png.Kusumika(Kushi)Mukherjee是编辑药理科学的趋势,细胞新闻评论杂志。她加入了Cell Press在完成Massachusetts综合医院和哈佛医学院的博士后培训后追求科学交流和出版。与她联系在linkedin @上https://www.linkedin.com/in/kmukherjeephd /

参考文献

1.迪特里希,R, m, w,贝克曼和w,沃菲尔,非胚胎破坏提取多能胚胎干细胞:再生医学和生殖医学的意义。Geburtshilfe Frauenheilkd, 2015年。75(12):p。1239-1242。PubMedPMID:26726264。公共医学中心PMCID: PMC4686367

2. Jaeenisch,R.和R. Young,干细胞,多能性和核重编程的分子电路。细胞,2008。132(4): 567 - 82页。PubMedPMID:18295576。公共医学中心PMCID: PMC4142810

3. Mitalipov,S.和D. Wolf,全能,多能性和核重新编程。Adv Biochem Eng Biotechnol,2009。114:p。185-99。PubMedPMID: 19343304。公共医学中心PMCID: PMC2752493

4. Bongso,A.和M. Richards,干细胞研究的历史与展望。妇科最佳临床实践,2004年。18(6): 827 - 42页。PubMedPMID:15582541

5. Seale,P.,A. Asakura和M.a. Rudnicki,肌肉干细胞的潜力。Dev细胞,2001。1(3): 333 - 42页。PubMedPMID:11702945

6. Cowan,C.a.等人,人胚泡中胚胎干细胞系的衍生。中华医学杂志,2004。350(13):p。1353-6。PubMedPMID: 14999088

7. Tartorsky,T.等人,Prec inff胚胎在预催化遗传诊断后从IVF胚胎激光辅助衍生。哼天线转换开关,2008年。23(1):p。46-53。PubMedPMID: 17989069

8. Takahashi,K.和S. Yamanaka,用特定因子从小鼠胚胎和成纤维细胞培养中诱导多能干细胞。细胞,2006。126(4):p。663-76。PubMedPMID: 16904174

9.Takahashi, K.等,通过特定因子从成人成纤维细胞诱导多能干细胞。细胞,2007。131(5): 861 - 72页。PubMedPMID: 18035408

10. yu,J.等人,取自人类体细胞的诱导多能干细胞系。科学,2007。318.(5858):p。1917-20。PubMedPMID: 18029452

11.梅德韦杰夫、A.I.舍甫琴科和S.M.扎基安,诱导多能干细胞:在再生医学中施加时的问题和优势。Acta Naturae, 2010年。2(2): 18-28页。PubMedPMID:22649638。公共医学中心PMCID:PMC3347549

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