诱导多能干细胞

诱导多能干细胞：过去，现在和未来

介绍

在2006年，我们发现，干细胞与胚胎干细胞相似的属性，可以同时引入四种基因（高桥和Yamanaka，2006年）从小鼠成纤维细胞产生。我们指定了这些细胞的iPS细胞。在2007年，我们报道了类似的方法适用于人类成纤维细胞，并通过因素引入了一把，人类iPS细胞可以生成（Takahashi等，2007）。就在同一天，詹姆斯·汤姆森的研究小组还报告了人类iPS细胞的生成，使用不同组合的因素（Yu等人，2007）。

合并三个科学流LED iPSCs的生产

像任何其他科学的进步，过去和现在的科学家在相关领域众多研究结果的基础上，建立了IPSC的技术。有三个主要的数据流的研究导致我们生产的iPS细胞（图1）。第一个数据流进行重新编程核移植。1962年，约翰·格登报道，他的实验室已经收到了成年青蛙肠细胞的细胞核（格登，1962）的未受精的卵子产生的蝌蚪。超过三十年后，伊恩·威尔莫特及其同事报道多莉诞生的第一只哺乳动物体细胞克隆产生的乳腺上皮细胞（威尔莫特等人，1997）。在这些成功的体细胞克隆显示出，即使是分化的细胞中含有的所有的发展所需要的整个生物体的遗传信息，而卵母细胞包含体细胞核重新编程的因素，可以。2001年，田田隆的研究小组发现，胚胎干细胞也含有因素，可以重编程体细胞（田田等人，2001）。第二个流是“大师”的转录因子的发现。在1987年，果蝇的转录因子，触角，异位表达时（Schneuwly等人，1987）表明，诱导形成的腿代替触角。在同一年，哺乳动物转录因子，调节因子MyoD ，显示转换成纤维细胞，成肌细胞（Davis等人，1987）。这些结果导致“主调节器，”一个给定的血统的命运决定和诱导的转录因子的概念。许多研究人员开始寻找各种谱系单主监管。尝试失败，也有少数例外（Yamanaka和布劳，2010）。

第三，同样重要的是，流是涉及胚胎干细胞的研究。自第一代在1981年小鼠胚胎干细胞（埃文斯和考夫曼，1981年，1981年，马丁），奥斯汀·史密斯和其他人已经建立了培养条件，使长期维持多能性（史密斯等人，1988）。维持小鼠胚胎干细胞的一个关键因素是白血病抑制因子（LIF ）。同样地，由于第一代的人胚胎干细胞（Thomson等人，1998年），碱性成纤维细胞生长因子（bFGF ）的最佳培养条件已经成立。

组合第一两个流的研究使我们假设，这是在卵母细胞或胚胎干细胞，体细胞重新编程到胚胎状态，设计实验，以确定该组合的多个因素的组合。使用信息所需要的文化多能干细胞的培养条件，我们就能够识别四个因素可以产生iPS细胞。

IPSC的技术成熟和理解

后不久，其他各组小鼠iPSCs的初次报告，概括了基于因子重编程的小鼠（Maherali等，2007年，Wernig等人，2007）和人类（Lowry等，2008年，公园等。2008B ）。iPS细胞技术的优点之一是它的简单性和重现性。许多实验室开始探索相关机制和修改程序。

尽管iPSCs的重复性，可以生成过程中的效率仍然很低，通常小于1 ％转成纤维细胞成为iPS细胞。最初这种低效率的提高iPS细胞的可能性，来自罕见的干或者未分化的细胞，成纤维细胞培养共存（山，2009A ）。然而，随后的研究表明，iPS细胞可以是来自于终末分化的淋巴细胞（罗等人，2009）和有丝分裂后的神经元（Kim等人，2011a的）。因此，大部分的，如果不是全部，体细胞有可能成为iPS细胞，尽管有不同的效率。

怎能只是一小部分因素诱导体细胞重编程？这是超出了本文的范围，提供一个概述的许多研究已经解决了这个重要的问题。从我的角度来看，许多科学家的共识似乎是重编程因子的启动重编程过程中有更多的不到1％的转染细胞，但该过程没有完成在大多数细胞中。知之甚少的随机事件似乎需要完全重新编程的地方（Hanna等人，2009年，山中伸弥，2009年a）。正如我在下面的讨论，培养条件似乎为动力，可以帮助促进全重编程功能。

最初的iPSCs可以使用逆转录病毒或慢病毒，这可能会造成插入突变，从而会带来风险转化

应用，甚至可以造成不利影响，如看到那些在基因治疗（Hacein - BEY- Abina等一些尝试。，2003）。来自逆转录病毒衍生的iPS细胞的小鼠，显然是正常的，，只要c-Myc的基因表达被压抑（葵等，2008年，中川等人，2008年）。然而，人类iPSCs的长期安全性不能保证通过小鼠研究孤单。此外，逆转录病毒可能使，iPSCs的免疫原性（Zhao等，2011年）。因此，对于细胞移植治疗的目的，我们将需要避免涉及载体整合到宿主基因组的诱导方法。已经报道了许多方法来产生整合的iPSCs 。这些方法包括质粒（冲田等人，2011A ，冲田等人，2008），仙台病毒（Fusaki等，2009），腺病毒（Stadtfeld等人，2008），合成的RNA （Warren等。，2010 ）和蛋白质（Kim等，2009）。此外，已经尝试通过小分子诱导重新编程。其中，质粒和仙台病毒经常使用的许多实验室。在诱导多能干细胞（iPS 细胞）的研究与应用，京都大学的中心，我们看好的方法是使用游离质粒在体外研究为再生医学和两种逆转录病毒或游离质粒。我们宁愿这些方法，因为他们的简单和可重复性。科学家们现在在很大程度上改变他们的努力从技术本身的发展应用。

IPSC的技术已经出现新的科学流

在科学上从来没有停止流动（图2）。小鼠实验室鲁道夫詹尼士的（汉纳等人，2007 ）的开创性工作后，科学家们现在做的进展对使用iPS细胞在再生医学，例如治疗帕金森氏病（Kriks等人，2011 ），血小板缺乏症（高山等人，2010）脊髓损伤（紫菜等，2011年，Tsuji等人，2010），和黄斑变性（冈本和高桥，2011）。患者来源的iPS细胞已被证明是有用的建模疾病和筛选的候选药物的图书馆。从开创性研究由乔治·戴利（Park 等人，2008年a ）领导组，和凯文·埃根（DIMOS等，2008），发表超过100份报告在过去三年中使用特定疾病的iPS细胞。我是惊讶，特定病人的iPS细胞可以被用来复述表型不仅单基因疾病，但也迟发性多基因遗传性疾病，如帕金森氏病（迪瓦恩等人，2011 ），阿尔茨海默氏病（以色列等。，2012 ，Yagi等，2011年，八幡等，2011），精神分裂症（布雷南德等，2011）。兴奋包围这些细胞的应用潜力，同时分析疾病的机制和调查潜在的新的治疗方法。体细胞是来自于iPS细胞，特别是心肌细胞和肝细胞，也可以被用于毒物学测试作为替代现有的方法（山中，2009年b）。

此外，这些医疗应用，iPS细胞可用于在动物生物技术。猴（Liu等人，2008），猪（West 等，2011）和犬（Shimada等人，2010年）的iPS细胞可用于基因工程在这些动物中，使产生的疾病模型和生产有用的物质，如酶，遗传性疾病的患者缺乏较大的动物。在未来潜在的技术可能是有用的，用于保护濒危动物（奔嫩等人，2011年），虽然很多挑战需要克服。其中最引人注目的应用程序的iPSCs的报道中内和他的同事们，谁产生了大鼠胰腺在小鼠，大鼠iPS细胞通过显微注射到小鼠囊胚（小林等人，2010年）胰腺发育至关重要的基因缺陷。在将来，可能会成为可能生成人体移植的器官，使用了类似的策略。

IPSC的技术从出现的另一个科学流是“直接重新编程”从一个躯体传承到另一个。正如上面所提到的，试图确定一个单一的“大师”的转录因子已经失败大多数体细胞谱系。然而，在iPS细胞重编程的成功，科学家们转而寻找一个单一的因素，寻找结合。梅尔顿和他的同事报道了小鼠胰腺内分泌细胞的外分泌细胞转化，使用相结合的三种转录因子（Zhou 等，2008）。他们的开创性工作，不久之后，各种体细胞，如神经细胞（Vierbuchen等人，2010年），肝（Huang等，2011年），心肌细胞（家田等转换成纤维细胞在体外的例子很多。2010年）和造血祖细胞（萨博等人，2010年）。直接重新编程简单，快速。剩下的一个障碍是如何获得足够量的靶细胞用于下游应用。这个新的技术，最好的用法，可在现场直接重新编程（Qian等，2012 ）。

大问题：iPS细胞与胚胎干细胞不同？

关于iPS细胞的最重要的问题之一是他们是否是从胚胎干细胞不同，如果是这样，不存在任何差异，是否是功能相关的。iPSCs的研究过程中的最初几年中，我们惊奇的胚胎干细胞