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來源： 干細(xì)胞論
取一塊皮膚或一滴血，提取細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞“重編程”，改造成多能干細(xì)胞，再進(jìn)一步培養(yǎng)分化，它就成為各種各樣的身體細(xì)胞，例如心肌細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等，最終有望培育出人體器官。
這不是天方夜譚，而是真實(shí)的科學(xué)進(jìn)步。iPS細(xì)胞即誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，近年來備受科學(xué)界矚目，成為了眾多研究人員爭相探索的新領(lǐng)域。
01 什么是iPS細(xì)胞
iPS細(xì)胞是指通過導(dǎo)入特定的轉(zhuǎn)錄因子將終末分化的體細(xì)胞重編程為多能性干細(xì)胞。
2006年日本京都大學(xué)教授山中伸彌教授（Shinya Yamanaka）在世界著名學(xué)術(shù)雜志《細(xì)胞》上率先報(bào)道了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究。他們把Oct3/4,Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉(zhuǎn)錄因子基因克隆入病毒載體，然后引入小鼠成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與胚胎干細(xì)胞相似。山中伸彌教授也因此獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
2012諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)現(xiàn)場
“他們發(fā)現(xiàn)了如何使成熟細(xì)胞的時(shí)鐘倒退，回到胚胎發(fā)育的原始狀態(tài)。而這些原始細(xì)胞能夠發(fā)育成為身體中的任何一種細(xì)胞組織。這項(xiàng)驚世駭俗的發(fā)現(xiàn)，徹底顛覆了人類看待細(xì)胞分化和發(fā)育的傳統(tǒng)觀念，教科書從此被改寫。通過重編程人體細(xì)胞，科學(xué)家們已經(jīng)為疾病的診斷和治愈創(chuàng)造出新的可能。”——2012諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)詞
iPS細(xì)胞全稱為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells），縮寫名來源于各個(gè)英文單詞的首字母。至于為什么刻意用i而不是I，山中伸彌教授的解釋是，希望該技術(shù)像當(dāng)年風(fēng)靡一時(shí)的iPod一樣，發(fā)揚(yáng)光大。
如果將器官看成是一棵大樹，iPS細(xì)胞就像是一顆種子，經(jīng)過‘澆水’‘施肥’后，分化成該器官不同的細(xì)胞類型，就像是樹的葉子、主干、枝丫一樣。
02 iPS細(xì)胞的優(yōu)勢
多向分化：iPS細(xì)胞具有與胚胎干細(xì)胞相似的分化潛力，理論上可分化成任何成體細(xì)胞與器官類型。通過分化，它們可以生成血細(xì)胞、骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等200多種細(xì)胞。
修復(fù)損傷：理論上可以修復(fù)任何損傷，替換為重新生長的正常組織，iPS細(xì)胞技術(shù)使人類解鎖了再造身體組織乃至器官的新技能。
來源穩(wěn)定：利用iPS細(xì)胞技術(shù)解決了細(xì)胞培養(yǎng)取材來源的問題，不受年齡和疾病的限制，都可以利用iPS技術(shù)培養(yǎng)出適合自己的細(xì)胞。
采集方便：iPS細(xì)胞通常選擇采集表皮、外周血進(jìn)行誘導(dǎo)重編程，采集非常方便。
無免疫排異：可以用自己的體細(xì)胞制備專有的干細(xì)胞，因此不存在免疫排異的問題。
無倫理爭議：避免使用使用胚胎干細(xì)胞或卵細(xì)胞，無倫理學(xué)問題。
潛力巨大：iPS細(xì)胞在替代性治療以及發(fā)病機(jī)理的研究，新藥篩選以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病等臨床疾病治療等方面具有巨大的潛在價(jià)值。
03 iPS細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用
01 利用iPS細(xì)胞修復(fù)大腦損傷
2021年4月21日，美國加州大學(xué)洛杉磯分校和芝加哥大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在 Science 子刊 Science Translational Medicine 期刊發(fā)表了研究論文。
研究團(tuán)隊(duì)使用人工誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）誘導(dǎo)分化而來的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞注射到具有人中風(fēng)和癡呆癥狀的小鼠模型的大腦，成功修復(fù)了其大腦損傷并改善記憶功能。這項(xiàng)研究表明，這種基于iPS的干細(xì)胞療法，能夠激活大腦的自我修復(fù)，阻止大腦白質(zhì)中風(fēng)的進(jìn)行性發(fā)展，防止癡呆癥的出現(xiàn)。
02 iPS細(xì)胞實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)血小板
2017年，央視CCTV報(bào)道了一項(xiàng)日本團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)用iPS細(xì)胞量產(chǎn)血小板，輸血不用血或?qū)⒊蔀榭赡埽?/span>
這項(xiàng)研究是由京都大學(xué)iPS細(xì)胞研究所、大冢制藥等16家日本醫(yī)藥相關(guān)公司，分別承擔(dān)了制造、分離、保存等環(huán)節(jié)?；诰┒即髮W(xué)iPS細(xì)胞研究所成功搭建的用iPS細(xì)胞大量生產(chǎn)血小板的技術(shù)平臺(tái)，可以滿足實(shí)際臨床應(yīng)用中單次輸血必須1000億個(gè)以上血小板的大量需求。此項(xiàng)研究成果于2018年7月13日發(fā)布在國際期刊《Cell》上。
03世界首例iPS細(xì)胞治療心臟病
2020年，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 《Nature》報(bào)道了南京鼓樓醫(yī)院王東進(jìn)團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)臨床治療研究，在這項(xiàng)研究中，兩名中國男子接受了基于“重編程”干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)性心臟病治療，并在一年后成功康復(fù)。
據(jù)悉，這是已知的全球首個(gè)用于治療受損心臟的iPS技術(shù)的臨床應(yīng)用。
04 iPS細(xì)胞體外生成“人造血管”
2019年，世界首次成功在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中將干細(xì)胞培育成完整的“血管類器官”，可實(shí)現(xiàn)真實(shí)的人血管的結(jié)構(gòu)和功能。這項(xiàng)研究由哥倫比亞大學(xué)和奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所（IMBA）合作完成，并在《Nature》上發(fā)表論文。
研究人員基于貫穿人體的血管都是由干細(xì)胞分化發(fā)育而來的原理，通過誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）技術(shù)將體細(xì)胞誘導(dǎo)成血管上皮細(xì)胞。
人體類血管器官在小鼠腎臟內(nèi)移植實(shí)驗(yàn)，并生成動(dòng)脈、毛細(xì)血管
研究人員之一的Josef Penninger指出“人體中的每個(gè)器官都與循環(huán)系統(tǒng)息息相關(guān)。這一突破有望幫助研究人員找到多種血管疾病的原因和療法，如阿爾茨海默癥、心血管疾病、傷口愈合問題、中風(fēng)、癌癥、當(dāng)然還有糖尿病“。
05 iPS細(xì)胞體外生成毛囊細(xì)胞
2019年6月，美國Sanford Burnham Prebys醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家Alexey Terskikh在國際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)（ISSCR）年會(huì)上宣布，他的團(tuán)隊(duì)利用iPS細(xì)胞開發(fā)了一種重新生長頭發(fā)的方法，通過iPS技術(shù)誘導(dǎo)出真皮乳頭間葉細(xì)胞，這些細(xì)胞位于毛囊內(nèi)部，使用3D生物可降解支架，控制毛發(fā)的生長方向，成功在小鼠皮膚上長出人類毛發(fā)。
iPS誘導(dǎo)的毛囊細(xì)胞在小鼠皮膚上長出毛發(fā)
這項(xiàng)技術(shù)與任何其他毛囊再生方法不同，iPS細(xì)胞可以提供無限量的細(xì)胞供應(yīng)，并且可以從簡單的抽血中獲得細(xì)胞。不僅克服了頭發(fā)再生的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，高度可控并通過皮膚就可生長出自然頭發(fā)！
04 寫在最后
在生命科學(xué)方面，iPS細(xì)胞可以用于治療各種疾病，如心臟病、肝病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。通過將患者自身的成體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞，并進(jìn)一步分化為需要治療的特定類型細(xì)胞，可以避免移植排斥反應(yīng)和道德爭議等問題。同時(shí)，在藥物篩選方面，iPS細(xì)胞也能夠模擬人體器官和組織對藥物反應(yīng)的情況，從而有效地降低新藥開發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)和成本。
除此之外，iPS細(xì)胞還有著廣泛的應(yīng)用前景。例如，在生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，利用iPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人工精子和卵子制備；在動(dòng)物保護(hù)領(lǐng)域中，則可以通過基因編輯技術(shù)將瀕危動(dòng)物轉(zhuǎn)化為更適應(yīng)環(huán)境的品種。
iPS細(xì)胞的出現(xiàn)，不僅在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了巨大的突破，也為整個(gè)人類社會(huì)帶來了更加廣闊的發(fā)展空間。根據(jù)iPS細(xì)胞在短時(shí)間內(nèi)取得的一系列突破，相信在合理規(guī)范和科學(xué)管理下，iPS技術(shù)一定能真正發(fā)揮其巨大潛力，讓我們共同期待并努力推動(dòng)這項(xiàng)奇跡般的科技不斷向前邁進(jìn)！