2006年,山中伸彌通過將Oct3/4、Sox2、c-Myc和KLF4引入體細胞,成功制備了胚胎干細胞樣細胞。根據(jù)這些細胞的多能性,他將其命名為“誘導(dǎo)多能干細胞”(iPSC)。事實上,iPSC 通過在不同的培養(yǎng)條件下生長可以分化成不同的細胞類型。iPSC 已被證明具有巨大的前景,包括解決使用胚胎干細胞的倫理和安全問題的能力。iPSC 用于多種科學(xué)領(lǐng)域,例如疾病建模和藥物發(fā)現(xiàn)、發(fā)育生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)。CRISPR-Cas9 技術(shù)的采用能夠快速、準確地對 iPSC 進行基因編輯,加速并改進了這些應(yīng)用。
基于 CRISPR-iPSC 的疾病建模消除了為傳統(tǒng)疾病建模應(yīng)用獲取患病組織樣本的主要障礙(將患者暴露于危險的活檢)。iPSC 可以用生長因子和培養(yǎng)條件的理想組合進行處理,以分化成指定的細胞類型。通過這種方法,基于 CRISPR 的技術(shù)可以加速神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展,該技術(shù)使用 iPSC 來模擬導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病發(fā)展的整個突變基因庫。因此,基于 iPSC 的基因組編輯疾病模型可用于生成疾病病理生理學(xué)及其潛在藥物靶點的有用信息,從而為尋找新的治療方法打開了大門。神經(jīng)退行性疾病 例如阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓舞蹈癥和肌萎縮側(cè)索硬化癥。
基于 CRISPR-iPSC 的疾病建模
CRISPR-Cas9系統(tǒng)具有改變發(fā)育生物學(xué)的潛力 通過讓研究人員能夠以無與倫比的洞察力來檢查許多動物的基因組活動與細胞分裂、增殖和形態(tài)發(fā)生等發(fā)育過程之間的相互作用。此外,iPSC 中的 CRISPR 篩選也已用于研究神經(jīng)發(fā)育和退行性疾病、細胞命運規(guī)范以及特定細胞譜系的生存機制。例如,單細胞 CRISPR 篩選已成功用于識別 iPSC 產(chǎn)生的人類神經(jīng)類器官大腦發(fā)育過程中的細胞命運調(diào)節(jié)因子。
iPSC 在該領(lǐng)域引入了創(chuàng)新發(fā)展再生醫(yī)學(xué)通過提供潛在的獨特治療選擇來恢復(fù)受損組織。iPSC和CRISPR-Cas9技術(shù)與組織工程技術(shù)的結(jié)合有可能顯著擴展再生研究領(lǐng)域。例如,CRISPR-Cas9 可用于糾正與多種疾病相關(guān)的單一遺傳異常,包括 HCM 和 DCM。然后使用 iPSC 創(chuàng)建校正后的基因突變細胞系。最后但并非最不重要的一點是,可以使用組織工程技術(shù)從iPSC中創(chuàng)建健康組織,然后移植到患者體內(nèi)。