诱导多能干细胞

展望由于iPS干细胞自身的安全性问题，到2012为止，iPS干细胞还无法应用于临床治疗，要得到安全实用的有临床应用价值的治疗型iPS干细胞，必须避免使用整合性病毒以及有致癌性的外源基因。根据iPS干细胞在短时间内取得的一系列突破，可以预见，iPS干细胞必将解决人类面临的各种疾患。但是还面临许多急待突破瓶颈和需要深入研究的领域：（1）研究iPS干细胞自我复制、增殖和分化等的调控机制及iPS干细胞体外定向诱导分化机制；（2）充分评价iPS干细胞临床应用的安全性；（3）建立无遗传修饰的iPS干细胞制备方法（如仅利用蛋白或小分子化合物即将人的细胞重编程为iPS干细胞）。用iPS干细胞复活“日本朱鹮”首先，利用病毒媒介将可以初始化细胞的四个基因，分别导入在冷冻箱中保存的日本朱鹮的成纤维细胞中，培育出iPS干细胞。再将iPS干细胞移植到人工繁殖得到的日本外的朱鹮的胚胎（反复分裂的受精卵）中。这样，由日本朱鹮的iPS干细胞，与日本外朱鹮的受精卵混杂在一起，就产生了一个新个体（杂交朱鹮）。使杂交朱鹮之间相互交配，就可以使日本朱鹮的iPS干细胞产生生殖细胞相互交配并产生个体，也就可以使日本朱鹮复活了。[1]应用前景1.建立疾病模型iPS细胞分化得到的造血祖细胞结合基因打靶技术移植入镰状细胞贫血模型的小鼠体内，纠正了异常镰形血红蛋白。至今已建立来自罹患遗传性疾病的病人iPS细胞，包括腺苷脱氨酶-重症联合免疫缺陷病（ADA-SCID）Shwach-Bodian-Diamond综合征、三型高雪病（gaucherdiseasetypeIII）、进行性肌营养不良症（duchenne&beckermusculardystrophy）、帕金森病（Parkinsondisease）、亨廷顿病（Huntingtondisease）、1型糖尿病（Juvenilediabetesmellitus）、唐氏综合征（DownSyndrome）及Lesch-Nyhan综合征等。通过体外研究这些疾病特异性的iPS细胞，有助于间接推断疾病的发病机制及寻找有效的治疗措施。2研究人类发育生物学及新基因的发现由于ES细胞来源的限制，人们对自生胚胎发育机制、增殖分化及调控、细胞识别诱导、组织及器官构建、畸变等问题尚未找到答案。而iPS细胞与ES细胞在生长条件、细胞表型、细胞的多能分化特性等许多方面有相似点，在一定程度上它可以代替ES细胞担任基础研究及临床应用角色。iPS细胞体外自发分化的拟胚体可以模拟胚胎发育过程，可以作为组织、器官发生、发育研究的模型，弥补完整人胚不能用于这方面研究的缺陷。利用某些手段如转基因技术、体外导入报告标志基因、基因打靶技术、致畸试验、iPS细胞特化的细胞植入动物胚胎或成体动物中还可用于某一特定基因在形态及功能的整合等方面的研究。3自体干细胞移植不依靠人工或捐献者的器官，凭借本人强大的自然治愈能力让丧失功能的器官再生是最理想的治疗方式。对于遗传性疾病，利用自体成体细胞建立iPS细胞，通过基因打靶技术纠正遗传性缺陷基因，再诱导分化为特化细胞进行移植。动物实验证明自体iPS细胞移植可以治疗镰状细胞贫血、急性心肌缺血。由于iPS细胞成瘤性问题尚未解决，目前还不能在人体开展临床试验，需要在动物实验中进一步积累iPS细胞移植治疗的经验。4新药发现及筛选目前新药的药理、药代学、毒理学、药效学等细胞水平的研究及生物学模型，大都在其他种属的细胞系进行。然而异种细胞与人之间毕竟有不完全相同的药物反应。而患者及疾病特异性源性iPS细胞的建立可以实现在体外以人源细胞为对象的试验性用药，观察药物对其基因结构及表达的影响，间接判断该药物对某种疾病的疗效，这是一种全新探索及筛选药物治疗的模式。Yokoo等初步比较了不同的抗心律失常药对分别由ES、iPS细胞分化来的心肌细胞的收缩频率、强度的影响，发现两者无显著差别，且和临床经验用药的结果一致，表明经体外进行药物疗效的预实验，可筛选出针对个体有效的药物。这将对临床用药产生巨大的改革作用。转基因动物研究iPS细胞的功能同ES细胞非常相似，具有多向分化的潜能。同普通细胞一样，在转基因动物的研究中，iPS细胞不但可以作为转基因的靶细胞，通过一定的转基因技术将外源基因转入iPS细胞，也可以针对iPS细胞进行基因打靶或基因敲除等遗传修饰，从而根据人的意愿实现iPS细胞内基因改造，然后将其注入囊胚腔来获得嵌合体后代，高效、定向的生产转基因动物。另外，将iPS细胞应用到体细胞核移植技术，利用iPS细胞作为核供体细胞，与适当的受体细胞融合后便可以直接获得转基因动物。因此，在转基因动物研究中，将iPS细胞诱导技术同动物转基因技术相结合是一种创新，应用该方法不仅可以避免种间繁殖障碍，克服亲缘关系的制约，而且可获得用传统的交配方法无法得到的动物新性状。与ES细胞相比，iPS细胞具有明显优势，其避免了分离ES细胞时对大量优质胚胎的破坏，而且iPS细胞容易获得，普通的体细胞即可诱导产生。另外，由于iPS细胞强大的可塑性，使基因的遗传修饰更加高效，转基因动物的制备也更加方便快捷。iPS细胞的应用在转基因动物生物反应器以及人源性疾病动物模型的制作等方面具有深远的意义。但是，目前这一技术刚刚起步，还有许多问题亟待解决，如如何提高iPS细胞的诱导效率，如何保持iPS细胞多能性，如何定向可控的诱导iPS细胞等。随着研究的不断深入，这些问题都将会得到更好地解决，进一步促进动物转基因技术的发展。多种动物模型的构建构建小鼠、人类的iPS细胞系，起初极大地推动了iPS细胞的许多生物学和遗传学问题的解决，但是在更多动物模型的安全性和有效性检测没有通过之前，还不能在人体中检测iPS细胞，所以更多可行性动物模型的建立势在必行。医学应用前景虽然的历史很短，但由于具有来源广泛，无伦理学限制，宿主自身提供靶细胞较少引起免疫排斥反应等优势，使在医学上的应用前景更加广阔采用建立具有疾病遗传背景的细胞模型用于疾病机制的研究，以及使用这种细胞模型进行药物筛选毒理学实验等已经取得初步成效例如，从综合征(弥漫性黑痣综合征)患者体细胞来源的分化的心肌细胞呈现出体积增大肌动蛋白含量增加及核内活化细胞核因子深染等疾病特征性变化;综合征体细胞来源的分化的神经元表现为细胞体积小突触和棘突少及特征性电生理缺陷，模拟出综合征神经元早期的病理改变;同样，来源于脊肌萎缩症患者皮肤成纤维细胞的，分化为运动神经元后，能观察到该神经元渐进性死亡过程和该神经元内病理性运动神经元生存蛋白颗粒的异常集聚;利用家族性自主神经病患者来源的进行药物筛选，发现激动素()干预可以减少细胞轻肽基因增强子抑制因子激酶复合物相关蛋白接变异，改善家族性自主神经病源性向神经组织的分化能力这一系列新的的例证充分说明在用于揭示疾病病理机制疾病诊断和药物筛选等方面都具有现实意义.在适合条件下可以定向分化是的主要特性现有资料已经证实可以分化为神经元心肌细胞胰岛细胞内皮细胞血细胞等不仅在动物实验中有将用于修复受损组织的报告，如小鼠心肌内植入改善小鼠梗死心肌收缩功能，向帕金森病大鼠纹状体植入分化的多巴胺神经元改善动物的旋转行为等，而且已有尝试采用人体细胞来源分化的红细胞用于成分输血，以及将贫血患儿体细胞重编程诱导为患者特异性细胞后体内植入以改善骨髓造血功能的报道可见为再生医学的发展注入了新的活力，使干细胞离真正的临床应用更近一步然而，尽管人们不断改进和优化的重编程过程，目前的进展还不足以消除对其安全性的担忧由于未分化高表达和等转录因子，这些转录因子可能与细胞致瘤性有关，使颅内植入后产生畸胎瘤的概率显著增加［］,另外，在重编程过程中使用的病毒载体及细胞培养中使用的异体蛋白等均可能影响的安全使用.