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          程濤教授、張孝兵教授課題組實現人誘導多能性干細胞(iPSC)技術新突破,血細胞重編程效率提高100倍

            近日,Stem Cell Reports在線刊登了院所程濤教授和張孝兵教授課題組聯合發表的關于利用游離型載體高效重編程人外周血單個核細胞為人誘導多能性干細胞(iPSC)的研究成果:Enhanced Generation of Integration-free iPSCs from Human Adult Peripheral Blood Mononuclear Cells with an Optimal Combination of Episomal Vectors。共同第一作者衛生技師溫偉、助理研究員張健萍博士和副主任衛生技師許靜經過大量研究發現,通過載體優化,能夠把血細胞重編程效率提高100倍。這項研究成果是該領域在技術創新方面的重要進展,已經引起國內外同行的廣泛關注。課題組還收到了JoVE實驗視頻期刊的特別約稿,正在籌備將文章用到的實驗方法錄制為視頻內容并擇期出版。

            把體細胞誘導為多能性干細胞(iPSC)的技術是過去十年生命科學領域的一項重大突破,獲得了2012年諾貝爾生理學或醫學獎。想要誘導體細胞轉化或轉分化為其他類型的細胞,必須重塑細胞的表觀遺傳圖譜,相當于將控制細胞運行的程序重新編碼,所以這一過程也被稱為細胞重編程。近年來,科學家們致力于研究怎樣把該技術逐步推向臨床,其中一個研究熱點是探索簡便高效實用的重編程方法。不同于慢病毒等載體,游離型載體類似于質粒,價格便宜,不會整合到基因組上,因此是制作可用于臨床的誘導多能性干細胞(iPSC)的優選方法。血細胞是人體最容易大量獲得的細胞,每毫升外周血就含有幾百萬個單個核細胞,采集血細胞比采集皮膚成纖維細胞等其他類型細胞更加簡單,而且容易被廣泛接受。但是,游離型載體的誘導效率通常較低,一般從一毫升成人外周血中只能得到幾十個iPSC克隆,如何提高游離型載體的誘導效率成為了亟待科學家們解決的問題。

            張孝兵教授課題組之前的研究發現,在血細胞中利用游離型載體表達Yamanaka重編程因子的同時,通過加入一個額外因子BCL-XL,能夠顯著提高血細胞重編程效率。在此基礎上,程濤教授和張孝兵教授課題組的研究人員充分利用實驗血液學國家重點實驗室的技術平臺,進一步對游離型載體進行了優化和改進,將重編程效率提高了約100倍。研究中他們還揭示了血細胞高效重編程的兩個關鍵因素,一是利用2A技術實現在一個載體上均衡表達多能性因子OCT4和SOX2,二是重編程過程中不斷提高外源MYC和KLF4的表達比例。利用優化改進的方法得到的誘導多能性干細胞具有良好的干細胞特性和多向分化能力,重編程的成功率也更高,并且比利用仙臺病毒介導便宜至少一個數量級,為血液細胞重編程在臨床轉化醫學中的廣泛應用奠定了基礎。

            血細胞重編程高效新技術的應用,不僅可以推動疾病發病機理的體外研究,通過結合正在快速發展的CRISPR等基因編輯技術,更有望助力研發針對重大遺傳性疾病的可治愈性治療技術。例如地中海貧血或血友病的致病基因將有可能在重編程以后或重編程過程中實現完全修復,而人誘導多能性干細胞(iPSC)經誘導分化為造血干細胞以后,可以移植給病人進行臨床治療。血細胞重編程高效新技術的出現,將會大大推進人誘導多能性干細胞技術走向臨床的速度。

            Abstract

            We previously reported the generation of integration-free induced pluripotent stem cells from adult peripheral blood (PB) with an improved episomal vector (EV) system, which uses the spleen focus-forming virus U3 promoter and an extra factor BCL-XL (B). Here we show an ?100-fold increase in efficiency by optimizing the vector combination. The two most critical factors are: (1) equimolar expression of OCT4 (O) and SOX2 (S), by using a 2A linker; (2) a higher and gradual increase in the MYC (M) to KLF4 (K) ratio during the course of reprogramming, by using two individual vectors to express M and K instead of one. The combination of EV plasmids (OS + M + K + B) is comparable with Sendai virus in reprogramming efficiency but at a fraction of the cost. The generated iPSCs are indistinguishable from those from our previous approach in pluripotency and phenotype. This improvement lays the foundation for broad applications of episomal vectors in PB reprogramming.

            文章鏈接http://www.cell.com/stem-cell-reports/abstract/S2213-6711(16)30030-3

             
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