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什么是 iPSC？

诱导多能干细胞 (iPSC) 是一种源自成体体细胞的干细胞，例如皮肤或血细胞。 它们是通过将成体细胞重新编程为类似胚胎的多能状态而产生的，这种多能状态能够在人体内开发出无限来源的任何类型的细胞。 iPSCs 于 2006 年由日本京都大学 Shinya Yamanaka 领导的一组研究人员首次发现，他们赢得了 诺贝尔经济学奖 2012 年他在 iPSC 方面的工作。

iPSC 是如何产生的？

iPSC 是通过称为重编程的过程创建的，该过程涉及使用包括病毒转导在内的基因工程技术将特定基因引入成体体细胞。 通常用于重编程的四种基因是 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc。 然后将转染的细胞在适当的培养基条件下在饲养层上孵育，并且在重编程因子表达后，细胞重置为胚胎样状态。 然后可以培养产生的 iPSC 并定向分化成特定的细胞类型，例如心脏细胞或神经细胞。

iPSC 有哪些应用？

iPSC 在研究和医学领域有着广泛的应用。 最有前途的研究领域之一是疾病建模。 由于 iPSC 具有自我更新的能力，因此这些细胞可以很容易地分化成所有类型的细胞，这些细胞可用于制备疾病模型以研究这些疾病。 例如，iPSCs 可以从患有遗传性疾病或阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等复杂疾病的患者身上产生，这使研究人员能够更好地了解疾病的机制并开发新的治疗方法。

iPSC 还用于药物发现或细胞毒性研究。 它们可用于筛选大量化合物治疗特定疾病的能力，从而加快药物开发过程并减少动物试验的需要。 iPSC 还用于毒理学测试以识别有毒化合物，为更好的化学安全评估提供动物测试的替代方案。  

在细胞治疗和再生医学中，iPSC 具有治疗多种疾病和病症的潜力。 它们可用于生成健康细胞以替换受损或患病的组织，这些组织可用于治疗心脏病、糖尿病和脊髓损伤等疾病。

iPSCs有什么优势?

与其他类型的干细胞相比，iPSC 具有多项优势。 由于 iPSC 可以从患者自身的细胞中产生，因此在用于治疗应用时降低了免疫排斥的风险。 这种个性化的方法可以为个体患者带来更有效和更有针对性的治疗。 iPSC 还避免了与使用胚胎干细胞相关的伦理问题。 另一个优势是基因靶向的能力，将致病突变修改为正常基因组序列。 由于其多功能性，iPSC 可以定向并分化为体内任何类型的细胞，这使它们成为再生医学和疾病建模的有吸引力的工具。

细胞外基质——iPSC 培养的重要因素

MEF 或小鼠胚胎成纤维细胞通常用作培养 iPSC 的饲养层。 MEF 是一种源自小鼠胚胎期的结缔组织细胞，通常用作饲养层以支持 iPSC 的生长和分化。 MEF 是 iPSC 生长和分化所需的必需生长因子和其他分子的来源。

虽然 MEF 通常用作 iPSC 培养的饲养层，但这种方法存在一些局限性。 例如，MEF 可能难以制备和维护，并且存在被病原体或其他不需要的细胞污染的风险。 此外，使用动物来源的饲养层会引发伦理问题，并可能限制 iPSC 在人类中的临床使用。

Matrigel 是 iPSC 培养中另一种常用的细胞外基质 (ECM)。 它是一种源自小鼠肉瘤细胞的市售 ECM，包含 ECM 蛋白的复杂混合物，包括层粘连蛋白、胶原蛋白 IV 和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖。 虽然 Matrigel 在支持 iPSC 生长和分化方面非常有效，但它也有一些局限性。 由于它源自小鼠肉瘤细胞，因此其成分因批次而异，并且可能包含可能影响 iPSC 行为并可能影响结果重现性的未知因素。 与 MEF 一样，在 iPSC 培养中使用动物源性产品会引发伦理问题，并可能限制 iPSC 的临床应用。

iMatrix-511 增强 iPSC 培养

Laminin-511 是 ECM 的主要成分，已被发现在 iPSC 培养中发挥重要作用。 尽管它是 iPSC 培养的重要 ECM，但 laminin-511 不适合大规模生产，因为它具有大分子量和异三聚体性质。 正因如此，Sekiguchi 教授的团队开发并生产了一个重组片段 层粘连蛋白 511（E8 片段） 完全保留了完整层粘连蛋白 511 的整合素结合活性。

重组片段，称为'iMatrix-511'，与完整的层粘连蛋白 511 相比有两个重要的优势。 首先，由于尺寸较小，iMatrix-511 比完整的 laminin-511 更容易大规模生产。 其次，iMatrix-511 比完整的 laminin-511 更有效地确保单细胞解离后人类多能干细胞的粘附和扩增。

iMatrix-511 也可用于“预混法” 细胞接种前不需要预涂，只需要一半的 iMatrix-511。 与预涂方式相比，使用 iMatrix-511 的新方法支持细胞粘附和长期扩增，从而降低了 hPSC 的维护成本和耗时。

除了 iPSC，iMatrix-511 还可用于 hESC 和人类原代细胞。 iMatrix-511 被许多研究人员广泛使用，并已发表在许多 同行评审文章. iMatrix-511也有临床级，符合日本政府机构药品和医疗器械局（PMDA）的生物成分标准，类似于FDA。 该法规是世界上最严格的法规之一，iMatrix-511MG 不仅满足法规要求，而且还在日本用于许多备受瞩目的临床应用，包括移植 角膜上皮细胞片. 临床 iMatrix-511 还兼容 GMP，这使得使用 RUO 级 iMatrix-511 的基础研究能够无缝过渡到临床。 总体而言，iMatrix-511 是促进生长和高细胞存活率的强大工具，使 iPSC 的培养简单可靠！

参考资料

宫崎骏，T.，二木，S.，末森，H. et al. 层粘连蛋白 E8 片段支持分离的人多能干细胞的有效粘附和扩增。 Nat Commun 3，1236（2012）。 https://doi.org/10.1038/ncomms2231

宫崎骏，T.，矶部，T.，中辻，N. et al. 以未包被的方式使用层粘连蛋白片段对人多能干细胞进行高效粘附培养。 Sci Rep 7, 41165 (2017)。 https://doi.org/10.1038/srep41165

莫拉迪，S.，马赫迪扎德，H.，萨里奇，T. et al. 诱导多能干细胞 (iPSC) 的研究和治疗：社会、法律和伦理方面的考虑。 干细胞研究 10, 341 (2019)。 https://doi.org/10.1186/s13287-019-1455-y

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