[发明专利]产生诱导多能干细胞和分化细胞的方法

说明书

本发明涉及诱导多能干细胞和分化细胞以及产生它们的方法。

发明背景

胚胎干细胞(ESCs)是来源于由体外受精得到的胚泡的细胞，所述细胞具有自我更新和分化成任意成熟的哺乳动物例如人体细胞类型的能力(该特性称为“多能性”)。在特定的组织培养条件下，ESCs可以在延长的时间期间内保持不分化同时不丧失其多能性特征。由于这些特性，ESCs已经在再生医学领域中引起了极大的兴趣。潜在地，来源于ESCs的组织可以用于人类的临床治疗(急性病症或遗传和退行性疾病)。ESCs还可以用于药物筛选，例如，用来在体外研究对治疗和对模式遗传疾病的组织特异性易感性。然而，严格的伦理和实践(免疫排斥的危险)局限性已经严重地妨碍了ESCs在临床、在多个国家以及在研究中的应用。

最近的发现，即，体细胞可以通过外源因子转化为iPSCs(该方法还称为“外源因子引起的核重编程”(Takahashi和Yamanaka，Cell(细胞)2006；126：663-76))，具有改变当前的个性化用药的观念的潜力，并且还可以提供有价值的人类疾病的体外模型(Yamanaka和Blau，2010；Nature(自然)465，704-712；Lian等人，2010；Thromb Haemost104，39-44)。

显著地，iPSCs与ESCs类似，并且具有用于患者特异性治疗的潜力，因此避免免疫排斥的危险。由于这些特征，iPSCs已经在世界范围内受到极大的关注。iPSCs的产生需要从供体收集组织，在体外扩增供体细胞，并且将所述细胞暴露于外源因子的混合物，所述外源因子以纯化的蛋白、蛋白提取物、RNA分子、非整合的质粒、病毒(例如，反转录病毒、慢病毒、腺病毒、仙台病毒)用或不用化学混合物提供给所述细胞，并且在细胞培养条件中有变化。

这些因子的应用具有这样的作用，即，逐渐出现具有ESC样形态的集落。这些集落表现为iPSC集落，其可以挑取并随后扩增和表征，从而验证其行为与ESCs类似。

迄今为止，已经使用来自皮肤(成纤维细胞和角质形成细胞)、羊水、胚外组织(胎盘和脐带；(Cai等人，2010；J Biol Chem(生物化学杂志)285，11227-11234)脐带血，骨膜，牙组织，脂肪组织，神经干细胞，肝细胞，羊膜来源的间质干细胞和外周血细胞(Ye和Cheng，2010；Regen Med(再生医学)5，521-530；Cai等人，2010；J Biol Chem(生物化学杂志)285，11227-11234))的供体细胞产生了人iPSCs。使用不同的频率已经实现了对来自这些组织的细胞的重编程，这表明细胞的来源(“供体细胞”)是有关系的。由于目前用于产生iPSC的供体细胞的异质性，难以设定使用iPSCs和ESCs进行比较测试的标准和从测试结果得出有意义的结论。

用于产生iPSCs的理想的供体细胞类型应该易于取得，易于重编程，并且是通用的(任意年龄、性别、种族，和身体状况)。目前，表皮成纤维细胞是最常用的进行重编程的细胞来源，但是其不仅需要令人不适的活组织检查(这需要由专家在无菌环境中进行)，在使用之前还需要延长的扩增。其还具有由于暴露于光和射线而导致体细胞突变的危险，该方法在严重皮肤白或烧伤中禁用。近来，有报道称三个研究组实现了对外周血细胞的重编程，无需CD34+细胞动员(Loh等人，2010；Cell Stem Cell(细胞与干细胞)7，15-19；Seki等人，2010；Cell Stem Cell(细胞与干细胞)7，11-14；Staerk等人，2010；Cell Stem Cell(细胞与干细胞)7，20-24)。Brown等人，2010，PloS ONE，2010，5，6，1-9，描述了从外周血产生T淋巴细胞来源的iPSCs。由于这些方法是最小侵入性的，需要少量的血，并且不需要延长的细胞培养，尽管事实上其效率非常低，但是其代表了显著的进步。然而，按照这些报道所用的主要的供体细胞是携带特定的T细胞受体重排的成熟的T细胞，这对于某些潜在的临床应用是不合乎需要的。此外，T细胞不携带最终分化成任意细胞类型所需要的完整的遗传信息。

除此之外，在极少的情形中，输血/献血不能免除伦理关注，例如，由于宗教信仰，并且在患有传染病、血液疾病或免疫抑制的患者中可能是不可行的。在后一种情形中，需要考虑这样的情形，即，影响凝血的情形(例如，血友病)，白血病和遗传或获得性(例如，癌症或艾滋病)免疫抑制。