诱导性多能干细胞与再生医学

基础与研究概况

细胞分化是高中生物必学的内容，一般情况下，植物细胞经过脱分化，可以比较容易的变成全能细胞（具有分化成完整植物潜力的细胞），接着经过再分化过程，就可以通过一个细胞（实际操作中一般是一小块组织，如一个胡萝卜块茎）得到一个完整植物。

但是同样的过程，在动物细胞上实现起来就难得多，主要是因为动物细胞全能性难以表达（克隆羊多利仅仅证明动物细胞细胞核具有全能型，没有将整个动物细胞的全能性体现）。在很长一段时间里面，动物细胞全能性难以表达就是大家的共识——毕竟这也很符合常理，相反，通过一个皮肤细胞生成一个器官甚至肝脏反而更加不符合逻辑。

但是，在科学的角度下，除了自然法则，没有什么教条与常识是不可打破的。2006年，日本科学家山中伸弥及其团队发现了诱导性多能干细胞。诱导性多能干细胞（英语：Induced pluripotent stem cell），又称人工诱导多能干细胞，常简称为iPS细胞（iPSC），是一种由哺乳动物成体细胞经转入转录因子等手段脱分化形成的多能干细胞。山中伸弥团队在发表iPS诱导技术时使用实验材料为小鼠细胞。2007年，研究人员又证明iPS诱导技术可以应用于人体细胞。

原理与过程

下面我们来了解一下ips细胞的生产过程。

iPS 细胞生成主要依赖于诱导基因。如图 1 所示为猪成纤维细胞经病毒转染重编程为 iPS 细胞过程 , 分别于第 0、2、3、4 天对细胞做了相应处理 , 在病毒转染重编程作用下 , 历经 15 天细胞形态逐步改变 , 脱分化形成 iPS 细胞。

iPS细胞与胚胎干细胞拥有相似的再生能力，理论上可以分化为成体的所有器官、组织。ips的全能性已经在很大程度上被证实，图片中就是由iPS细胞分化而成的神经元、软骨、（肠道）杯状细胞，分别属于外胚层、中胚层、内胚层源性的细胞/组织。

iPS细胞面临的伦理道德争议较小，且应用该技术可以产生基因型与移植受体完全相同的干细胞，规避了排异反应的风险，因而iPS细胞在一定程度上冲击了胚胎干细胞在再生医学中的地位，被认为在再生医学及组织工程方面拥有较为广阔的应用前景，有望为一些疾病提供新的思路。

动物实验

据Nature在媒体上发布的新闻，科学家们已成功在小鼠体内用iPS细胞修复了受损的视网膜和血管。科学家介绍，在干细胞是全能性最强的细胞，但是在人体内进行这个操作，容易让细胞具有和癌细胞相似的性质。最终，科学家决定使用三个山中因子——也就是三个重新编程的基因，将细胞的分化过程回退一部分，但仍然保留细胞的部分性质。在小鼠中，如果破坏幼鼠的神经系统，那么当它成年后会恢复；但是成年后的动物就不具有这种恢复能力。科学家破坏了年长的小鼠的视神经，通常来说这些视神经上的轴突会死亡，小鼠也会失明，但是当进行这三个基因的重新编程后，视神经又长了回来。

有了这些支持，科学家关注了小鼠上因为衰老而患有的一些疾病，他们关注了青光眼——一种视网膜细胞受损的年龄相关疾病。他们给失明的小鼠导入了这三种重编程因子，随后测试他们的视力，结果发现这些小鼠的视力恢复了。

实际应用

        当今（2020年11月，参考文献2），人们尚未将 iPS 技术大规模进行临床应用 , 其一个重要原因就是现今的 iPS 技术仍存在着制备效率低 , 使用风险大等问题。但是，通过ips细胞治疗疾病的案例已经出现，且显示出了比较令人欣慰的效果。

        2013年，日本发育生物学（CDB）RIKEN中心的眼科医生Masayo Takahashi团队成功将两名年龄相关性黄斑变性患者的皮肤细胞重编成iPS细胞，并应用该多能干细胞生成视网膜色素上皮（RPE）细胞，用于疾病治疗。

        2014年，他们完成首例临床试验，将RPE层植入70岁高龄女性患者右眼中。Takahashi 表示，这一治疗终止了患者的黄斑变性，使其重获光明。

        但是，就在实验室准备开展第二例临床试验时，山中伸弥团队在患者iPS以及RPE细胞中发现了两个小的基因突变。虽然没有证据表明这两处突变会引发肿瘤，但是为了安全，山中伸弥和Takahashi中止了该临床试验。

参考文献

【1】https://www.pharmacodia.com/yaodu/html/v1/approve/ac4bd8be6d3d2a4e301d68d2887c0ca7.html

【2】

https://www.sohu.com/a/434248707_569885