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什麼是 iPSC？

誘導性多能幹細胞 (iPSC) 是一種源自成人體細胞的幹細胞，例如皮膚或血球。它們是透過將成體細胞重新編程為胚胎樣多能狀態而產生的，這種狀態能夠在人體內無限來源地發育任何類型的細胞。 iPSC 於 2006 年由日本京都大學的 Shinya Yamanaka 領導的研究小組首次發現，研究小組獲得了 諾貝爾經濟學獎 表揚他 2012 年在 iPSC 的工作。

iPSC 是如何產生的？

iPSC 是透過一種稱為重編程的過程產生的，該過程涉及使用包括病毒轉導在內的基因工程技術將特定基因引入成體細胞。通常用於重編程的四個基因是 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc。然後將轉染的細胞在適當的培養基條件下在飼養層上孵育，並在重編程因子表達後，細胞重置至胚胎樣狀態。然後可以培養所得的 iPSC，並定向分化為特定的細胞類型，例如心臟細胞或神經細胞。

iPSCs有哪些應用？

iPSC 在研究和醫學領域有廣泛的應用。最有前途的研究領域之一是疾病建模。由於iPSC具有自我更新的能力，這些細胞可以輕鬆分化成各種類型的細胞，可用於製備疾病模型來研究這些疾病。例如，iPSC可以從患有遺傳性疾病或複雜疾病（如阿茲海默症和帕金森氏症）的患者身上產生，這使得研究人員能夠更好地了解疾病的機制並開發新的治療方法。

iPSC 也被用於藥物發現或細胞毒性研究。它們可用於篩選大量化合物治療特定疾病的能力，從而加快藥物開發過程並減少動物測試的需要。 iPSC 也用於毒理學測試，以識別有毒化合物，為動物測試提供替代方案，以實現更好的化學品安全評估。  

在細胞治療和再生醫學中，iPSC 具有治療多種疾病和病症的潛力。它們可用於產生健康細胞來取代受損或患病的組織，可用於治療心臟病、糖尿病和脊髓損傷等疾病。

iPSC 的優勢是什麼?

與其他類型的幹細胞相比，iPSC 具有多種優勢。由於 iPSC 可以從患者自身的細胞中產生，因此在用於治療應用時可以降低免疫排斥的風險。這種個人化的方法可以為個別患者提供更有效、更有針對性的治療。 iPSC 也避免了與使用胚胎幹細胞相關的倫理問題。另一個優點是基因標靶的能力，將致病突變修改為正常基因組序列。由於其多功能性，iPSC 可以定向並分化為體內任何類型的細胞，這使它們成為再生醫學和疾病建模的有吸引力的工具。

細胞外基質－iPSC 培養中的重要因素

MEF 或小鼠胚胎成纖維細胞通常用作培養 iPSC 的飼養層。 MEF 是一種源自小鼠胚胎階段的結締組織細胞，通常用作飼養層以支持 iPSC 的生長和分化。 MEF 是 iPSC 生長和分化所需的必需生長因子和其他分子的來源。

雖然 MEF 通常用作 iPSC 培養的飼養層，但這種方法有一些限制。例如，MEF 可能難以製備和維護，並且存在被病原體或其他不必要的細胞污染的風險。此外，使用動物性飼養層會引起倫理問題，並可能限制 iPSC 在人類中的臨床使用。

Matrigel 是 iPSC 培養中另一種常用的細胞外基質 (ECM)。它是一種源自小鼠肉瘤細胞的市售 ECM，含有 ECM 蛋白的複雜混合物，包括層粘連蛋白、IV 型膠原蛋白和硫酸乙醯肝素蛋白聚醣。儘管 Matrigel 在支持 iPSC 生長和分化方面非常有效，但它也有一些限制。由於它源自小鼠肉瘤細胞，因此其成分因批次而異，並且可能含有可能影響 iPSC 行為並影響結果重現性的未知因素。與 MEF 一樣，在 iPSC 培養中使用動物性產品會引起倫理問題，並可能限制 iPSC 的臨床應用。

iMatrix-511 增強 iPSC 培養

Laminin-511 是 ECM 的主要成分，已發現在 iPSC 培養中發揮重要作用。儘管 laminin-511 是 iPSC 培養的重要 ECM，但由於其分子量大和異三聚體性質，不適合大規模生產。因此，Sekiguchi教授的團隊開發並生產了一個重組片段 層粘連蛋白-511（E8 片段） 完全保留了完整層黏連蛋白 511 的整合素結合活性。

重組片段，稱為“iMatrix-511'，與完整的層粘連蛋白-511相比有兩個重要的優點。首先，由於其較小的尺寸，iMatrix-511比完整的層粘連蛋白-511更容易大規模生產。其次，iMatrix-511 比完整的層黏連蛋白-511 更有效確保單細胞解離後人類多能幹細胞的黏附和擴增。

iMatrix-511也可用於“預混法” 其中細胞接種前不需要預先塗抹，且只需要 iMatrix-511 的一半。與預塗方式相比，使用 iMatrix-511 的新方法可支持細胞黏附和長期擴增，從而降低 hPSC 的維護成本和耗時。

除了 iPSC 之外，iMatrix-511 也可用於 hESC 和人類原代細胞。 iMatrix-511被許多研究人員廣泛使用，並已在許多期刊上發表 同行評審的文章。 iMatrix-511 也提供臨床級產品，符合日本藥品和醫療器材管理局 (PMDA) 的生物成分標準，PMDA 是日本的政府機構，與 FDA 類似。該法規是世界上最嚴格的法規之一，iMatrix-511MG 不僅滿足法規要求，而且還在日本用於許多備受矚目的臨床應用，包括移植 角膜上皮細胞片層。臨床 iMatrix-511 也相容於 GMP，這使得使用 RUO 級 iMatrix-511 的基礎研究能夠無縫過渡到臨床。總體而言，iMatrix-511 是促進生長和高細胞存活率的強大工具，使 iPSC 的培養變得簡單可靠！

參考

宮崎 T.、二木 S.、末森 H. 等。 層黏連蛋白 E8 片段支持分離的人類多能幹細胞的有效黏附和擴增。 Nat Commun 3，1236（2012）。 https://doi.org/10.1038/ncomms2231

宮崎 T.、磯部 T.、中辻 N. 等。 以無塗層方式使用層黏連蛋白片段對人類多能幹細胞進行高效貼壁培養。 Sci Rep 7，41165（2017）。 https://doi.org/10.1038/srep41165

莫拉迪，S.，馬赫迪扎德，H.，薩里奇，T. 等。 誘導多能幹細胞 (iPSC) 的研究和治療：社會、法律和倫理考量。 幹細胞研究 10，341（2019）。 https://doi.org/10.1186/s13287-019-1455-y

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