CRISPR 基因编辑在基于 iPSC 的疾病建模中的应用

CRISPR 基因编辑在基于 iPSC 的疾病建模中的应用

CRISPR 基因编辑在基于 iPSC 的疾病建模中的应用

2006 年,山中伸弥通过将 Oct3/4、Sox2、c-Myc 和 KLF4 引入体细胞,成功生成了类胚胎干细胞。他根据这些细胞的多能性,将其命名为“诱导性多能干细胞”(iPSC)。事实上,iPSC 可以在不同的培养条件下生长,分化成不同的细胞类型。iPSC 已被证明具有巨大的前景,包括能够解决使用胚胎干细胞的伦理和安全问题。iPSC 用于各种科学领域,例如疾病建模和药物发现、发育生物学和再生医学。CRISPR-Cas9 技术的采用,使 iPSC 能够快速准确地进行基因编辑,加速并改进了这些应用。

基于 CRISPR-iPSC 的疾病建模消除了为传统疾病建模应用获取患病组织样本的主要障碍(将患者暴露于危险的活检)。 iPSC 可以用生长因子和培养条件的理想组合进行处理,以分化成指定的细胞类型。 通过这种方法,基于 CRISPR 的技术可以加速神经退行性疾病的发展,该技术使用 iPSC 来模拟导致神经退行性疾病发展的整个突变基因库。 因此,基于 iPSC 的基因组编辑疾病模型可用于生成疾病病理生理学及其潜在药物靶点的有用信息,从而为寻找新的治疗方法打开了大门。 神经退行性疾病 例如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿舞蹈症和肌萎缩侧索硬化症。

基于 CRISPR-iPSC 的疾病建模
Fig.1 基于 CRISPR-iPSC 的疾病建模
图片来源:Sen T 和 Thummer RP。 doi:10.1007/s12640-022-00564-w。 转载于 知识共享许可

这个 CRISPR-Cas9系统具有改变发育生物学的潜力 通过让研究人员能够以无与伦比的洞察力来检查许多动物的基因组活动与细胞分裂、增殖和形态发生等发育过程之间的相互作用。 此外,iPSC 中的 CRISPR 筛选也已用于研究神经发育和退行性疾病、细胞命运规范以及特定细胞谱系的生存机制。 例如,单细胞 CRISPR 筛选已成功用于识别 iPSC 产生的人类神经类器官大脑发育过程中的细胞命运调节因子。

iPSC 在该领域引入了创新发展 再生医学 通过提供潜在的独特治疗选择来恢复受损组织。 iPSC和CRISPR-Cas9技术与组织工程技术的结合有可能显着扩展再生研究领域。 例如,CRISPR-Cas9 可用于纠正与多种疾病相关的单一遗传异常,包括 HCM 和 DCM。 然后使用 iPSC 创建校正后的基因突变细胞系。 最后但并非最不重要的一点是,可以使用组织工程技术从 iPSC 中创建健康组织,然后移植到患者体内。


案例

  1. Geng BC,Choi KH,Wang SZ,Chen P,Pan XD,Dong NG,Ko JK,Zhu H。一种简单、快速、高效的人诱导多能干细胞 CRISPR/Cas9 基因组编辑方法。 药学学报。 2020 年 41 月; 11(1427):1432-XNUMX。
  2. 森·T,瑟默·RP。 CRISPR 和 iPSC:神经退行性疾病建模、研究和治疗的最新发展和未来前景。 神经毒素研究中心。 2022 年 40 月;5(1597):1623-XNUMX。
  3. Harrison MM、Jenkins BV、O'Connor-Giles KM、Wildonger J。CRISPR 的发展观点。 基因开发。 2014 年 1 月 28 日;17(1859):72-XNUMX。
  4. Ahmed M、Muffat J、Li Y。在人类多能干细胞衍生培养物中使用 CRISPR 筛选了解神经发育和疾病。 前细胞开发生物学。 2023 年 10 月 11 日; 1158373:XNUMX。
  5. Gähwiler EKN、Motta SE、Martin M、Nugraha B、Hoerstrup SP、Emmert MY。 用于精密心血管组织工程的人类 iPSC 和基因组编辑技术。 前细胞开发生物学。 2021年28月9日; 639699:XNUMX。

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