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第五节 iPS细胞在再生医学应用中的相关问题
最理想的临床应用细胞来源应符合以下标准:易于获取,对患者风险最小化,可大量获取,而且易于被重编程。迄今为止,iPS细胞的再生医学应用还是太过于危险了,这种个体化治疗依然存在一些局限。实际上,iPS细胞的再生医学应用潜力还多停留在讨论中。
首先,应用患者特异的iPS细胞实现个体化再生医疗的前景虽然有潜力但却代价昂贵。为了克服iPS细胞建立、鉴定过程带来的时间和金钱的高花费,以及应用中可能出现的免疫排斥反应,HLA单体型的iPS细胞库的建立是必需的,迄今在世界范围内也已有建立。但与之相关的就是低温保存过程后带来的人类iPS细胞的低克隆形成能力以及低存活率,具体方法还需优化。
其余相关问题还有:需要建立标准化的应用规范;建立一套新的非病毒介导的高效重编程方法;体内应用需要排除iPS细胞的畸胎瘤形成和体内毒性;寻找适合应用的最恰当的源细胞类型;选择合适的疾病靶点;直接将iPS细胞分化为疾病相关的目的细胞等。
一、诱导效率和鉴定问题
细胞重编程过程在技术上很复杂,在时间上需要数周,这限制了它的应用。尽管同时可以应用数百万个细胞参与重编程,但只有极少的细胞会完成重编程的全过程。这项事件的低效促使研究人员去探索阻碍细胞变为iPS细胞的壁垒。早期的研究提示抑癌基因 P53在维持干细胞稳态上起作用。有趣的是,下调 P53的表达可使原本不易发生重编程的细胞,比如终末分化的神经元,经历重编程。表观遗传印记也是影响iPS细胞诱导效率的重要因素。此外,人类iPS细胞的操作效率仍然比小鼠的低。花费更短时间和更简单的重编程方法正在改进中,现在已可以在无滋养层条件下培养人类iPS细胞。
由于重编程的不完全性,研究人员必须形成标准的鉴定体系,保证最近似于天然基因组的完全重编程细胞能够被鉴定出来。此外,一种有效地鉴定大量iPS细胞特性的方法仍需建立,以提供一种常规的高通量的质量控制方法。
二、成瘤性问题
使用原癌基因产物c-Myc以及Klf4作为转录因子、使用整合病毒介导的技术产生iPS细胞,任何对于基因组的修饰都会改变iPS细胞的生长及特性,导致体内植入后预测它们的生物学行为非常困难,易于成瘤。
首先,引入的原癌基因本身可以影响细胞周期,导致瘤性生长。后续的研究已经证实去除这两种转录因子依然可以获取iPS细胞(见前述),但是会带来重编程效率的降低。这说明它们对于细胞增殖能力的维持很重要,或许可以使其仅仅一过性地表达来加速重编程过程。其次,病毒基因的插入可能打断关键的抑癌基因或抗凋亡因子的表达,并导致邻近基因的表达紊乱。慢病毒和反转录病毒载体可以整合到宿主细胞基因组中,整合位点难以预测,导致细胞功能紊乱、激活原癌基因,促进成瘤。此外,重编程过程和后续的培养过程可以诱发拷贝数变异、点突变和异常的DNA甲基化模式,也会影响iPS细胞的临床应用。一些研究显示人类iPS细胞体外经多次传代后可以自发获得缺失突变,部分与癌症有关。使用iPS细胞做细胞移植再生治疗时残余未分化细胞是一个普遍问题,而这些未分化细胞就有成瘤的可能性。
一个避免成瘤的好方法是使iPS细胞预先在体外分化后再移植;直接由一个成体细胞向另一个细胞类型进行转分化也可以避免成瘤风险。iPS细胞应用的这种成瘤问题正在并一定会被解决,但至少在正式被解决之前,还无法应用于临床。
(隋秉东)