簡介誘導性全能幹細胞（iPSC）的發展與應用 - SLEKMED

簡介誘導性全能幹細胞（iPSC）的發展與應用 ... 幹細胞廣義來說，擁有能夠分化成其他種類細胞的潛力。

在眾多具有幹性的細胞種類中，最古老的就是胚胎幹細胞 ...  SLEK2020年11月6日簡介誘導性全能幹細胞（iPSC）的發展與應用責任編輯/何亨晨核稿編輯/林翊庭　　幹細胞廣義來說，擁有能夠分化成其他種類細胞的潛力。

在眾多具有幹性的細胞種類中，最古老的就是胚胎幹細胞，存在於囊胚時期的內細胞團中，可以分化成三個胚層中的所有細胞種類。

而近幾年新興的iPSC跟胚胎幹細胞又有甚麼關係呢？讓我們在這裡介紹給你聽吧！ 古老的幹細胞——胚胎幹細胞胚胎幹細胞擁有最完整的分化能力，是因為有複雜的轉錄網絡維持幹細胞的多能性。

其中最主要的轉錄因子有三個——Oct4、Sox2和Nanog。

他們共同調控很多影響細胞成長發育的基因，構成幹細胞複雜的轉錄網絡，控制細胞週期，讓幹細胞可以持續自我更新，也抑制幹細胞分化，維持在多能性的狀態[1]。

 解除限制的幹細胞——iPSC　　在2006年，日本山中伸彌教授首次發表了誘導富潛能性幹細胞（InducedPluripotentStemCell,iPSC）研究成果，他們以老鼠的纖維母細胞作為研究對象，篩選出24個他們認為對於維持幹性相當重要的因子，以反轉錄病毒為載體將這些基因送入纖維母細胞中表現成轉錄因子。

他們嘗試不同的排列組合和測試之後，發現Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4這四個基因的組合，可以讓細胞「反分化」為幹細胞，這種經過人工調控形成的幹細胞就稱為誘導富潛能性幹細胞[2]。

其中Oct4也是上段提到維持胚胎幹細胞多能性的轉錄因子之一哦！　　自此之後，iPSC這個研究領域爆炸式的在學術界發展，因為iPSC迴避了胚胎幹細胞面臨的倫理道德困境，大部分的學術機構都認可使用人類的iPSC作為研究，而iPSC的潛力也與胚胎幹細胞相似，因此iPSC很快的成為學術界幹細胞的主流。

 「iPSC型」跟「胚胎幹細胞型」一樣嗎？　　目前許多實驗都證實iPSC可以做到胚胎幹細胞一樣的事情，但iPSC跟胚胎幹細胞的起源並不一樣：胚胎幹細胞是來自於囊胚的內細胞團，iPSC則是來自於已分化的細胞，這衍伸出許多細微的差異。

首先，iPSC會出現「表觀記憶（EpigeneticMemory）」，因為經過一次分化後的細胞，DNA部分區域會被甲基化以調控不同基因的表現[註1]。

研究人員發現雖然iPSC具有幹性，卻留有前身細胞的DNA甲基化。

這樣的現象一方面可以說是反分化不完全，另一方面也可以說這是iPSC的特性[3]，或許某種前身的細胞形成的iPSC會更容易分化成一些胚胎幹細胞難以分化的細胞，像是：製造胰島素的胰臟β細胞[4]。

除此之外，iPSC會保留一些前身細胞留下來的基因表現，包括小分子核糖核酸（microRNAs）[5]和長鏈非編碼核糖核酸（longnoncodingRNAs）[6]。

因此從小尺度來看，iPSC跟胚胎幹細胞仍然有所不同。

 iPSC型還能長出心臟？　　近年來，有非常多人都期待iPSC能發展出人工心臟！但是過去的研究發現，經過誘導再分化後的心肌細胞存在許多問題。

像是微觀的結構不完整，或是接收電位變化時的反應不正常，都使心臟功率大幅降低[7]。

　　科學家為了解決這個問題，找出兩種解決方法，一種是藉由雷射架構出微小的3D鷹架模型，供iPSC分化的心肌細胞在其中生長。

另一種是另一種是和心臟纖維母細胞、心臟上皮細胞用特定的比例一起生長，可以讓心肌細胞的微觀結構變得更完整，也增強心臟的收縮力量[8]。

然而，這些人工做出來的心臟仍然無法說是「成熟的心臟」，目前比較成功、可以進入臨床的是：利用iPSC分化的心肌細胞修補破損的心臟，在今年一月的時候，日本大阪大學的研究團隊首次進行了臨床試驗。

說不定在不遠的將來，心臟或其他臟器、組織的複製可以真的實現。

 看完這篇文章，你應該要知道：iPSC和胚胎幹細胞的差異iPSC應用及未來發展潛能iPSC目前待克服的障礙 Reference:1. Yamanaka,S.,Li,J.,Kania,G.,Elliott,S.,Wersto,R.P.,VanEyk,J.,Wobus,A.M.,&Boheler,K.R.(2008).Pluripotencyofembryonicstemcells.Cellandtissueresearch,331(1),5–22.2. Takahashi,K.,Tanabe,K.,Ohnuki,M.,Narita,M.,Ichisaka,T.,Tomoda,K.,&Yamanaka,S.(2007).Inductionofpluripotentstemcellsfromadulthumanfibroblastsbydefinedfactors.Cell,131(5),861–872.3. Puri,M.C.,&Nagy,A.(2012).Concisereview:Embryonicstemcellsversusinducedpluripotentstemcells:thegameison.Stemcells(Dayton,Ohio),30(1),10–14.4. Bar-Nur,O.,Russ,H.A.,Efrat,S.,&Benvenisty,N.(2011).Epigeneticmemoryandpreferentiallineage-specificdifferentiationininducedpluripotentstemcellsderivedfromhumanpancreaticisletbetacells.Cellstemcell,9(1),17–23.5. Wilson,K.D.,Venkatasubrahmanyam,S.,Jia,F.,Sun,N.,Butte,A.J.,&Wu,J.C.(2009).MicroRNAprofilingofhuman-inducedpluripotentstemcells.Stemcellsanddevelopment,18(5),749–758.6. Loewer,S.,Cabili,M.N.,Guttman,M.,Loh,Y.H.,Thomas,K.,Park,I.H.,Garber,M.,Curran,M.,Onder,T.,Agarwal,S.,Manos,P.D.,Datta,S.,Lander,E.S.,Schlaeger,T.M.,Daley,G.Q.,&Rinn,J.L.(2010).Largeintergenicnon-codingRNA-RoRmodulatesreprogrammingofhumaninducedpluripotentstemcells.Naturegenetics,42(12),1113–1117.7. Silbernagel,N.,Körner,A.,Balitzki,J.,Jaggy,M.,Bertels,S.,Richter,B.,Hippler,M.,Hellwig,A.,Hecker,M.,Bastmeyer,M.,&Ullrich,N.D.(2020).Shapingtheheart:StructuralandfunctionalmaturationofiPSC-cardiomyocytesin3D-micro-scaffolds.Biomaterials,227,119551.8. Giacomelli,E.,Meraviglia,V.,Campostrini,G.,Cochrane,A.,Cao,X.,vanHelden,R.,KrotenbergGarcia,A.,Mircea,M.,Kostidis,S.,Davis,R.P.,vanMeer,B.J.,Jost,C.R.,Koster,A.J.,Mei,H.,Míguez,D.G.,Mulder,A.A.,Ledesma-Terrón,M.,Pompilio,G.,Sala,L.,Salvatori,D.,…Mummery,C.L.(2020).Human-iPSC-DerivedCardiacStromalCellsEnhanceMaturationin3DCardiacMicrotissuesandRevealNon-cardiomyocyteContributionstoHeartDisease.Cellstemcell,26(6),862–879.e11.[註一]這也是為甚麼我們身上的細胞都是同樣的DNA序列，卻可以分化成各式各樣不同種類的細胞。

我們稱這種不改變DNA序列，而通過不同機制改變基因功能和細胞表現型的方式為「表觀遺傳學（Epigenetics）」。

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