近年來(lái)，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced Pluripotent Stem Cells，iPSC）技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在疾病建模和藥物篩選中掀起了一場(chǎng)科學(xué)革命。iPSC不僅能分化為特定疾病相關(guān)的細(xì)胞類型，還能構(gòu)建復(fù)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(jié)合最近的研究進(jìn)展，解析這一技術(shù)的核心應(yīng)用場(chǎng)景。
疾病建模的“鑰匙”
iPSCs技術(shù)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是能夠從患者的體細(xì)胞中提取并重編程成多能干細(xì)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(xì)胞模型，進(jìn)而用于模擬疾病過(guò)程、篩選藥物或研究疾病機(jī)制。
AD模型的創(chuàng)新突破
傳統(tǒng)阿爾茨海默病（AD）模型主要以永生化細(xì)胞系或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型為主，存在不具備疾病信息、種屬差異等問(wèn)題，并不能很好的模擬疾病真實(shí)狀態(tài)。2021年，科學(xué)家通過(guò)BMP、FGF、Activin、VEGF、M-CSF等一系列細(xì)胞因子對(duì)iPSC衍生的細(xì)胞進(jìn)行體外誘導(dǎo)分化，并與現(xiàn)代自動(dòng)化培養(yǎng)技術(shù)相結(jié)合，建立了一個(gè)自動(dòng)、一致和長(zhǎng)期培養(yǎng)人類iPSC神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的平臺(tái)，通過(guò)此平臺(tái)生成了iPSC AD模型，該模型成功復(fù)現(xiàn)AD患者腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)元退化特征，為藥物靶點(diǎn)篩選提供了高效模型[1]。
腎臟疾病的精準(zhǔn)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(lái)測(cè)試正常腎小球基底膜的恢復(fù)情況從而阻礙了藥物的發(fā)現(xiàn)。日本京都大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)CRISPR技術(shù)編輯患者iPSC的COL4A5基因，構(gòu)建出腎臟類器官模型，該模型不僅重現(xiàn)了膠原蛋白組裝缺陷，還驗(yàn)證了化學(xué)伴侶藥物對(duì)病理的緩解作用，為罕見(jiàn)腎病治療開(kāi)辟新路徑[2]。
更加精準(zhǔn)的藥物篩選與毒性測(cè)試
傳統(tǒng)的藥物篩選通常依賴于動(dòng)物模型，但動(dòng)物模型在某些方面可能無(wú)法完全模擬人類疾病的復(fù)雜性或藥物在人體內(nèi)的反應(yīng)。iPSC技術(shù)彌補(bǔ)了這一缺陷，通過(guò)使用來(lái)自不同患者的iPSCs，可以開(kāi)發(fā)出更接近人類生物學(xué)的細(xì)胞模型。
準(zhǔn)確真實(shí)反映體內(nèi)藥物效果
在心臟藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中，iPSC衍生的心肌細(xì)胞可以模擬患者的心臟細(xì)胞反應(yīng)，幫助研究人員更早地發(fā)現(xiàn)藥物可能引起的心臟毒性。傳統(tǒng)藥物篩選可能會(huì)錯(cuò)過(guò)一些細(xì)微的毒性反應(yīng)，而iPSC技術(shù)能夠讓這些細(xì)胞在體外環(huán)境中更真實(shí)地呈現(xiàn)藥物對(duì)心臟功能的影響。類似地，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物篩選中，iPSC衍生的神經(jīng)元能夠真實(shí)地模擬與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的細(xì)胞環(huán)境，使藥物篩選能夠更早地發(fā)現(xiàn)藥物可能對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)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(kāi)發(fā)者可以迅速確定藥物的最佳劑量，并避免藥物過(guò)量所帶來(lái)的不良反應(yīng)。這種精準(zhǔn)的體外篩選不僅能加快藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程，還能降低藥物研發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。德國(guó)耶拿大學(xué)開(kāi)發(fā)的Hi-Q技術(shù)，將hiPSC直接誘導(dǎo)分化為神經(jīng)上皮，通過(guò)使用定制設(shè)計(jì)的、無(wú)涂層的、預(yù)先圖案化的微孔，建立一種能在多個(gè)hiPSC細(xì)胞系中重復(fù)生成數(shù)千個(gè)腦類器官的方法，這些高量腦類器官具有可重現(xiàn)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞多樣性和功能性，不存在異位活躍的細(xì)胞應(yīng)激途徑，為藥物篩選提供了一個(gè)高效的工具，具有廣泛的應(yīng)用前景[4]。
隨著基因編輯（如CRISPR）、AI驅(qū)動(dòng)篩選和生物打印技術(shù)的融合，iPSC技術(shù)有望在未來(lái)十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到臨床的全面轉(zhuǎn)化，為個(gè)性化醫(yī)療按下加速鍵。近岸蛋白可提供GMP級(jí)別iPSC培養(yǎng)細(xì)胞因子，iPSC相關(guān)類器官培養(yǎng)試劑、GMP級(jí)iPSC基因編輯器等產(chǎn)品和服務(wù)，助力iPSC技術(shù)在疾病建模及藥物篩選中的應(yīng)用。
產(chǎn)品數(shù)據(jù)
高活性基質(zhì)蛋白支持iPSC穩(wěn)定傳代培養(yǎng)
iPSC分別在Vitronectin（Cat.No.:GMP-C395）、Laminin511（Cat.No.:C28C）和Laminin521（Cat.No.:GMP-C28D）的支持培養(yǎng)下，進(jìn)行穩(wěn)定連續(xù)傳代培養(yǎng)P1至P5，均可維持良好的生長(zhǎng)，細(xì)胞形態(tài)均一正常。
高活性、高批間一致性的iPSC細(xì)胞培養(yǎng)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(jīng)類器官培養(yǎng)驗(yàn)證的細(xì)胞因子 (iPSC來(lái)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(chǎn)品信息
iPSC培養(yǎng)細(xì)胞因子推薦
| 細(xì)胞類型 | 主要的細(xì)胞因子 |
| iPSC衍生的T細(xì)胞 | bFGF、BMP-4、FLT3L、IL-3、IL-7、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的NK細(xì)胞 | BMP-4、FLT3L、IL-2、1L-3、IL-7、IL-15、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的巨噬細(xì)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(jīng)元/神經(jīng)前體細(xì)胞 | BDNF、FGF8b、GDNF、SHH(C25Ⅱ)、TGF beta3 |
| iPSC衍生的其他神經(jīng)相關(guān)細(xì)胞 | 運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元:bFGF、BDNF、CNTF、GDNF、IGF-1、SHH |
| 星形膠質(zhì)細(xì)胞:Activin A、BMP-4、bFGF、CNTF、EGF、IGFI、NRGlBeta | |
| 神經(jīng)祖細(xì)胞NPC/NSC:bFGF、NT-3 | |
| iPSC衍生的心肌細(xì)胞 | Activin A、BMP-4、bFGF、DKKl、SCF、TGF-beta l、transferrin、VEGF165、Wnt 3a |
| iPSC衍生的胰島細(xì)胞 | Activin A、KGF |
高編輯效率、低脫靶以及專利授權(quán)清晰的GMP級(jí)基因編輯器
參考文獻(xiàn)
[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