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(上)多能干细胞再生医学挑战和较新进展:推导神经细胞类型

标签:推导神经细胞

按需获取无限数量的特定细胞类型一直是多能干细胞再生医学的长期目标。随着人类多能干细胞(hPSC)的可用性以及其定向分化的协议大大改进,这种前景可能会成为多种疾病相关细胞类型的现实。在干细胞领域的较新进展表明,定向分化的“圣杯”(即,真实的无限数量的生成和遗传上匹配的细胞类型细胞疗法)确实可以转化成有效的治疗目前难治性疾病,尽管在人类进行此类翻译的过程中可能会出现新的挑战。


与定向分化的改善并行,已开发出新技术以在体外和体内评估干细胞来源的细胞类型的谱系,命运和功能。在这里,我们回顾了定向分化方面的一些较新突破,并讨论了它们对细胞治疗的意义。大规模和按需访问患者特异性细胞的能力对于人类疾病建模和基于hPSC的药物发现也至关重要。这些应用程序不在此处讨论,但已成为近期审查的主题。


推导神经细胞


在这篇综述中,多能干细胞再生医学挑战和较新进展分为上下两部分,分别从推导神经细胞类型和推导非神经细胞类型,介绍了从hPSC来源获得治疗相关细胞类型的较新突破,讨论了使这种进展成为可能的一些工具,并着重指出了临床翻译道路上的关键性后续步骤和挑战。


神经细胞类型为从HPSC源可靠地获得第一谱系当中。可以说,在神经元谱系规范领域已经取得了特大的进步,这在很大程度上取决于在体外模拟神经发育过程中赋予轴向坐标的早期构图信号。基于小分子和基于形态发生子的方法都已被开发来从多能干细胞中获得特定的神经元亚型。然而,在中枢神经系统(CNS)的创伤性或退行性疾病中替换神经细胞仍然是艰巨的任务。体内近期策略细胞命运转换仍处于发展的早期阶段,但有可能作为绕过细胞移植需求的替代方法而发展。


多年来,定向分化领域已使用三种主要策略从hPSC中指定神经谱系。这些策略是拟胚体形成,在神经诱导饲养者上共培养和直接神经诱导。拟胚体形成的早期协议是基于触发人类胚胎干细胞(hESCs)的分化,然后在无血清培养基中进行选择以丰富神经谱系。无血清类胚体培养物的发展使hPSCs可以直接诱导神经谱系,并且在Rho相关蛋白激酶(ROCK)抑制剂化合物Y-的存在下,无血清类胚体形成的效率可以大大提高,可防止解离的hPSC的细胞死亡。


基于基质饲养者的文化也已广泛用于产生神经上皮细胞和特定的神经种群,包括来自hPSC的中脑多巴胺神经元样细胞。尽管神经诱导的机制(即基质衍生的诱导活性)仍不清楚,并且饲养者的使用会使翻译的使用大大复杂化,但由于稳健的诱导效率以及将其与其他神经结合的能力,这种方法一直沿用至今。


直接诱导方案不需要胚状体形成或用于神经诱导的共培养。早期直接转化的尝试是基于简单地将hESC培养物切换为无血清培养条件,然后机械分离自发出现的神经玫瑰花样培养物。但是,使用确定的神经诱导剂,例如转化生长因子(TGF)和骨形态发生蛋白(BMP)信号转导的抑制剂(即双重SMAD抑制(dSMADi)),极大地提高了神经诱导的效率和速度。


dSMADi的一个特别吸引人的特征是同步分化过程,该过程可在分化后10天之内产生几乎均匀的早期神经细胞群。准确的构图策略与dSMADi结合使用可从hPSC衍生出许多CNS和周围神经系统(PNS)谱系的方案。但是,无论使用哪种特定的神经诱导策略,过去十年来的主要挑战是开发可在体外实施的方案负责产生特定神经元和神经胶质细胞类型的早期模式化事件。直到最近,这些策略才被改进到足以考虑神经谱系子集的翻译应用的水平。


干细胞研究已从优化hPSC分离的时代发展到正在进行或即将进行的早期临床试验。仍然存在的主要挑战是,定义一套可以从基于hPSC的方法中受益的更全的人类疾病。此外,定向分化除了细胞命运规范外,还须包括控制细胞成熟的方法,以便获得用于再生医学的完整细胞类型和阶段。最后,尽管有临床前研究的希望,安全性问题仍然是一个重要问题。经过15年的hESC研究和距人类iPSC分离已有6年的时间,我们即将确定hPSC在人类疾病中的临床用途。


人类胚胎干细胞如何产生

人类胚胎干细胞如何产生

目前,一些报道描述了在世界各地的各种实验室中人类胚胎干细胞系的建立,并且利用了多种人类胚胎干细胞衍生方法。通常,ICM的免疫外科隔离是由Solter和Knowles在1975年开发的一种方法,已成为进行胚胎干细胞衍生的大多数实验室的普遍做法。

2020-12-29

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