近年來，誘導多能干細胞（Induced Pluripotent Stem Cells，iPSC）技術憑借其獨特的優勢，在疾病建模和藥物篩選中掀起了一場科學革命。iPSC不僅能分化為特定疾病相關的細胞類型，還能構建復雜的三維類器官模型，在疾病建模及藥物篩選中提供了全新的工具。本文結合最近的研究進展，解析這一技術的核心應用場景。
疾病建模的“鑰匙”
iPSCs技術的一個重要優勢是能夠從患者的體細胞中提取并重編程成多能干細胞，這些iPSCs繼承了患者的遺傳背景，從而能夠生成具有疾病特征的細胞模型，進而用于模擬疾病過程、篩選藥物或研究疾病機制。
AD模型的創新突破
傳統阿爾茨海默病（AD）模型主要以永生化細胞系或轉基因動物模型為主，存在不具備疾病信息、種屬差異等問題，并不能很好的模擬疾病真實狀態。2021年，科學家通過BMP、FGF、Activin、VEGF、M-CSF等一系列細胞因子對iPSC衍生的細胞進行體外誘導分化，并與現代自動化培養技術相結合，建立了一個自動、一致和長期培養人類iPSC神經元、星形膠質細胞和小膠質細胞的平臺，通過此平臺生成了iPSC AD模型，該模型成功復現AD患者腦內β-淀粉樣蛋白沉積和神經元退化特征，為藥物靶點篩選提供了高效模型[1]。
腎臟疾病的精準模擬
阿爾波特綜合征（AS）是一種遺傳性腎小球腎炎，由COL4A3、COL4A4或 COL4A5基因突變引起，以腎小球基底膜（GBM）異常為特征，由于缺乏有效的體外方法來測試正常腎小球基底膜的恢復情況從而阻礙了藥物的發現。日本京都大學團隊通過CRISPR技術編輯患者iPSC的COL4A5基因，構建出腎臟類器官模型，該模型不僅重現了膠原蛋白組裝缺陷，還驗證了化學伴侶藥物對病理的緩解作用，為罕見腎病治療開辟新路徑[2]。
更加精準的藥物篩選與毒性測試
傳統的藥物篩選通常依賴于動物模型，但動物模型在某些方面可能無法完全模擬人類疾病的復雜性或藥物在人體內的反應。iPSC技術彌補了這一缺陷，通過使用來自不同患者的iPSCs，可以開發出更接近人類生物學的細胞模型。
準確真實反映體內藥物效果
在心臟藥物開發過程中，iPSC衍生的心肌細胞可以模擬患者的心臟細胞反應，幫助研究人員更早地發現藥物可能引起的心臟毒性。傳統藥物篩選可能會錯過一些細微的毒性反應，而iPSC技術能夠讓這些細胞在體外環境中更真實地呈現藥物對心臟功能的影響。類似地，在神經系統疾病的藥物篩選中，iPSC衍生的神經元能夠真實地模擬與神經退行性疾病相關的細胞環境，使藥物篩選能夠更早地發現藥物可能對神經系統的毒性[3]。
iPSC衍生的3D類器官的高通量篩選
iPSC衍生的3D類器官的高通量篩選，使得藥物開發者可以迅速確定藥物的最佳劑量，并避免藥物過量所帶來的不良反應。這種精準的體外篩選不僅能加快藥物開發過程，還能降低藥物研發的成本和風險。德國耶拿大學開發的Hi-Q技術，將hiPSC直接誘導分化為神經上皮，通過使用定制設計的、無涂層的、預先圖案化的微孔，建立一種能在多個hiPSC細胞系中重復生成數千個腦類器官的方法，這些高量腦類器官具有可重現的細胞結構、細胞多樣性和功能性，不存在異位活躍的細胞應激途徑，為藥物篩選提供了一個高效的工具，具有廣泛的應用前景[4]。
隨著基因編輯（如CRISPR）、AI驅動篩選和生物打印技術的融合，iPSC技術有望在未來十年內實現從實驗室到臨床的全面轉化，為個性化醫療按下加速鍵。近岸蛋白可提供GMP級別iPSC培養細胞因子，iPSC相關類器官培養試劑、GMP級iPSC基因編輯器等產品和服務，助力iPSC技術在疾病建模及藥物篩選中的應用。
產品數據
高活性基質蛋白支持iPSC穩定傳代培養
iPSC分別在Vitronectin（Cat.No.:GMP-C395）、Laminin511（Cat.No.:C28C）和Laminin521（Cat.No.:GMP-C28D）的支持培養下，進行穩定連續傳代培養P1至P5，均可維持良好的生長，細胞形態均一正常。
高活性、高批間一致性的iPSC細胞培養因子
Recombinant Human Activin A (Cat.No.:GMP-C687)
Measured by its ability to induce SMAD signaling in 293-Activin A Res cells. The specific activity of recombinant human Activin A is ≥1.0 x 103 IU/mg, which is calibrated against the human Activin A Standard (NIBSC code: 91/626).
Recombinant Human Activin A(Cat.No.:GMP-C687)
Measured by its ability to induce SMAD signaling in 293-Activin A Res cells. The specific activity of recombinant human Activin A is ≥1.0 x 103 IU/mg. Three independent lots were tested for activity and plotted on the same graph to show lot-to-lot consistency of Activin A.
經類器官培養驗證的細胞因子 (iPSC來源的人小腸類器官)
Human intestinal organoids (ipsc dereived) were cultured with Activin A(Cat.No.:C687), BMP-4(Cat.No.:CR93) , EGF (Cat.No.:C029), Wnt3a (Cat.No.:C22R), Noggin (Cat.No.:CB89), R-spondin 1 (Cat.No.:CX83) and FGF-4 (Cat.No.:CR08) . The organoids showed good morphology.
產品信息
iPSC培養細胞因子推薦
| 細胞類型 | 主要的細胞因子 |
| iPSC衍生的T細胞 | bFGF、BMP-4、FLT3L、IL-3、IL-7、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的NK細胞 | BMP-4、FLT3L、IL-2、1L-3、IL-7、IL-15、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的巨噬細胞 | bFGF、BMP-4、FLT3L、GM-CSF、IL-3、IL-7、IGF-1、M-CSF、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的多巴胺能神經元/神經前體細胞 | BDNF、FGF8b、GDNF、SHH(C25Ⅱ)、TGF beta3 |
| iPSC衍生的其他神經相關細胞 | 運動神經元:bFGF、BDNF、CNTF、GDNF、IGF-1、SHH |
| 星形膠質細胞:Activin A、BMP-4、bFGF、CNTF、EGF、IGFI、NRGlBeta | |
| 神經祖細胞NPC/NSC:bFGF、NT-3 | |
| iPSC衍生的心肌細胞 | Activin A、BMP-4、bFGF、DKKl、SCF、TGF-beta l、transferrin、VEGF165、Wnt 3a |
| iPSC衍生的胰島細胞 | Activin A、KGF |
高編輯效率、低脫靶以及專利授權清晰的GMP級基因編輯器
參考文獻
[1]Bassil, Reina et al. “Improved modeling of human AD with an automated culturing platform for iPSC neurons, astrocytes and microglia.” Nature communications vol. 12,1 5220. 1 Sep. 2021, doi:10.1038/s41467-021-25344-6
[2]Hirayama, Ryuichiro et al. “iPSC-derived type IV collagen α5-expressing kidney organoids model Alport syndrome.“Communications biology vol. 6,1 854. 28 Sep. 2023, doi:10.1038/s42003-023-05203-4
[3]Shi, Y., Inoue, H., Wu, J. C., & Yamanaka, S. (2017). Induced pluripotent stem cells for disease modeling and drug discovery in neurodegenerative diseases. Nature Reviews Neuroscience, 18(9), 568-580.
[4]Ramani, Anand et al. “Reliability of high-quantity human brain organoids for modeling microcephaly, glioma invasion and drug screening.” Nature communications vol. 15,1 10703. 19 Dec. 2024, doi:10.1038/s41467-024-55226-6