誘導性多能干細胞 (iPSC)分化最好的小工具—細胞因子

2023-11-10 00:00:00 33閱讀次數

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什么是iPSC細胞？

誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）是將一系列誘導因子導入到成熟體細胞中，并重編程為具有類似胚胎干細胞特征的一種多能干細胞，其可以分化成人體多種功能細胞，且可以在體外培養，如心肌細胞、神經元細胞、胰島細胞等，在臨床治療、藥物研發、醫療美容等多個領域具有廣闊的應用前景。

iPSC在研情況

近年來，iPSC領域的關注度持續上漲，且隨著細胞治療藥物的上市，市場發展潛力巨大。全球已有多家公司擁有iPSC產品管線，但多數產品均處于臨床前研究階段。據不完全統計，截至2023年3月底，全球iPSC在研管線開展臨床試驗或獲得臨床試驗默示許可的有11項，其中臨床Ⅲ期1項，臨床Ⅱ期1項，臨床Ⅰ/Ⅱ期3項，臨床Ⅰ期4項，獲臨床試驗默示許可2項。適應癥涉及關節炎、移植物抗宿主病、心力衰竭、多發性骨髓瘤、淋巴瘤、呼吸衰竭、帕金森病、卒中等疾病。

圖 1.iPSC治療示意圖

iPSC的優勢是什么？

iPSC與胚胎干細胞類似，可在體外無限復制，適用于大規模培養；iPSC可來源于患者自身，故可減小免疫排斥問題；由于iPSC的細胞來源是成體細胞，避免了倫理問題。iPSC可根據需求誘導分化成需要的細胞，批次間相對穩定，可避免臨床療效不一致情況。

iPSC的醫療應用有哪些？

疾病建模：從疾病患者中取體細胞誘導生成iPSC，定向誘導分化為疾病特異性模型，從而幫助特定疾病匹配合適的治療方案。

新藥開發及測試：iPSC具有提供生物學同類細胞類型的潛力，這些細胞可用于針對各類組織細胞的化合物鑒定，化合物篩選，靶標驗證，和作為測試藥物療效和安全性的工具。

細胞療法：目前正在探索iPSC來源的NK細胞療法、iPSC來源的CAR-T細胞療法等，以望降低成本提高藥物的可及性。

個性化治療：iPSC技術可以結合CRISPR等基因編輯技術，定向敲除或加入基因，糾正干細胞基因組內的基因差誤，為個性化醫療增添了新途徑。

毒理學測試：iPSC可用于毒理學測試和篩查，使用iPSC或其衍生的特定組織的細胞，通過活細胞來評估該組織的細胞對化合物或藥物的安全性。

此外，iPSC還可以運用于3D生物打印、組織工程、生物反應器等領域。

iPSC可用于治療哪些疾病？

iPSC技術為血液瘤的細胞治療提供了更穩定細胞來源，iPSC衍生的CAR-iNK細胞產品，用于治療多發性骨髓瘤，目前Fate Therapeutics的 FT-576已進入臨床試驗。iPSC衍生的CAR-iT細胞產品，FT-819目前處于臨床研究Ⅰ期，用于治療包括B細胞淋巴瘤、慢性淋巴細胞白血病、B細胞急性淋巴細胞、白血病。BlueRock Therapeutics使用cell+gene平臺，將iPSC誘導為多巴胺能神經元，誘導生成的多巴胺能神經元擁有重建神經網絡的潛力，以實現恢復運動功能、提高生活質量的目的，從而達到治療帕金森的目的，該產品目前已進入臨床I期。iPSC再生醫學的出現也為心衰治療提供了新方向，艾爾普再生醫學研發的一種ipsc細胞治療產品，可用于嚴重慢性缺血性心力衰竭，目前正在開展Ⅰ/Ⅱa期臨床試驗。iPSC治療還可用于治療移植物抗宿主病，Cynata Therapeutics旗下在研的iPSC衍生的MSC產品已獲批用于急性移植物抗宿主病患者的Ⅱ期臨床治療。

而除了上述的疾病領域外，iPSC的應用領域還涉及類器官、血友病、末期肝硬化、晚期糖尿病等。iPSC可衍生為各種成體細胞的潛能，使其可以應用于多個臨床領域，與龐大的市場需求相契合，將促使iPSC快速發展。

iPSC研究相關細胞因子

iPSC的廣泛應用是基于分化能力。通過不同的細胞因子，iPSC能夠分化成不同類型的細胞。翌圣提供一系列高活性細胞因子，用于支持人iPSC 細胞的研究。這些產品均經過嚴格的質量控制，活性已經得到驗證。

表1. 細胞因子在iPSC擴增和分化中的應用

類型	細胞因子
用于ESC和iPSC擴增	Activin A、BMP-4、FGF-2、TGF-β1、Wnt 3a
用于外胚層譜系分化	BMP-4、 EGF、 FGF-2、Noggin
用于中胚層譜系分化	Activin A、 BMP-2、 FGF-2 、BMP-4、DKK-1、FGF-3、FGF-10、 FGF-17、 Flt3-Ligand、IL-3、 IL-6、IL-11、Noggin、 PDGF-BB、SCF、TGF-β1、TPO、VEGF、Wnt-5a
用于內胚層譜系分化	Activin A、 BMP-4、 FGF-2、 EGF、 FGF-4、 FGF-7、FGF-10、 FGF-17、IGF-1、Noggin、PDGF-BB、VEGF、Shh、Wnt 3a、HGF

表2. 細胞因子在iPSC分化中的應用

細胞因子	分化的細胞
FGF-2和EGF搭配使用	神經前體細胞
BMP-2、BMP-4、Activin A、FGF和Wnt-5a	促使 PSCs 向心肌祖細胞分化
FGF-10和FGF-7	可將PSCs分化為胰腺細胞
Wnt3a、Activin A、FGF-4、BMP-4和HGF	可生成肝前體細胞
BMP-4、Wnt3a、FGF-10、EGF和維甲酸	可從PSC產生肺泡II型樣上皮細胞
TGF-β、Noggin、TNF-a、BMP-2、FGF-2	iPSC能夠分化成間充質干細胞
DLL-4、IL-2、BMP-4、TGF-β、IL-33、IL-10	調節性T細胞(Tregs)

表3. 細胞因子在干細胞分化中的作用

蛋白類別	作用
EGF	表皮生長因子（EGF）是一種強效生長因子，通過與其受體（EGFR）結合發揮作用，可刺激多種表皮和上皮細胞的生長、增值和分化。
FGF-2	成纖維細胞生長因子（FGF）通過促進細胞增值和分化而在多種組織的出生前和出生后發育以及再生中發揮重要作用。FGF-2常被用于細胞培養基的一個重要組成部分，如人類胚胎干細胞培養基、無血清培養系統。
TGF-β1	轉化生長因子-β1，具有調節細胞增值、生長、分化、運動以及細胞外基質的合成和沉積等多種功能。也參與胚胎發生、組織重塑和傷口愈合等生理過程。
Activin A	活化素A，具有調節細胞增殖和分化、促進神經元存活等多種生物學活性。
Wnt3a	Wnt3a屬于信號蛋白的Wnt家族，在維持胚胎和成體組織的完整性中發揮重要作用。Wnts 通過與細胞膜受體結合和/或通過與相鄰細胞膜受體結合介導Wnt信號通路。在胚胎成型、細胞決定、細胞增值、CNS發育和細胞骨架形成等多種形態發生過程中不可或缺。
Noggin	能抑制TGF-β家族配體，阻止它們與相應的受體結合。Noggin是BMP-4的拮抗劑，調節BMP-2、7、13和14活性。Noggin蛋白在發育過程中調節骨形態發生蛋白的活性。
Flt3-Ligand	Flt3配體，是一種可以調控早期造血干細胞增殖的生長因子。Flt3-Ligand自身不能刺激早期造血細胞的增殖，但與其他集落刺激因子（CSFs）和白介素等一起可協調誘導早期造血細胞的生長和分化。
BMP-2	骨形態發生蛋白-2，是一種強效的骨誘導細胞因子，能夠與骨傳導載體如膠原蛋白和合成羥基磷灰石相關聯地誘導骨和軟骨形成。BMP-2參與Hedgehog通路、TGF-β信號通路和細胞因子及其受體之間的相互作用。
FGF-10	是一種肝素結合生長因子，屬于FGF家族。該家族的蛋白質通過促進細胞增殖和分化，在各種組織的產前發育、產后生長和再生過程中發揮著核心作用。
IGF-1	胰島素樣生長因子1, 是一種多肽生長因子，在體外刺激各種細胞類型的增殖和存活，包括肌肉、骨骼和軟骨組織。IGF在結構和功能上與胰島素相似，但具有比胰島素高得多的促生長活性。
VEGF165	血管內皮生長因子165, 是一種強效的生長和血管生成細胞因子。它刺激內皮細胞的增殖和存活，并促進血管生成和血管通透性。
TPO	血小板生成素,是一種在肝臟、腎臟和骨骼肌中產生的譜系特異性生長因子。它能刺激巨核細胞的增殖和成熟，并促進體內血小板循環水平的提高。
HGF	肝細胞生長因子，可誘導細胞增殖、運動、形態發生、抑制細胞生長和增強神經元存活，是肝臟再生過程中至關重要的有絲分裂原，尤其是在肝部分切除術和其他肝損傷后。
Shh	音猬因子，胚胎發育過程中重要的信號分子，包括T細胞分化、增殖和分泌。它還控制著神經干細胞和造血干細胞，對胸腺細胞的分化和增殖很重要。
FGF-4	一種肝素結合生長因子，是FGF家族的一員。該家族的蛋白質通過促進細胞增殖和分化，在各種組織的產前發育、產后生長和再生過程中發揮著核心作用。FGF-4信號通過FGFR 1c、2c、3c和4發揮作用。
Wnt-5a	Wnt5a可激活非經典的Wnt/ Ca2+信號通路,參與調控胚胎發育、細胞增殖分化和癌癥等重要生理和病理過程。。
IL-3	白細胞介素 3，一種造血生長因子，可促進巨核細胞、粒細胞-巨噬細胞、紅細胞系、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞和肥大細胞系的定向祖細胞的存活、分化和增殖。
PDGF-BB	人血小板衍生生長因子B,具有促有絲分裂、分化、趨化和血管生成的作用。
Vitronectin	玻連蛋白，一種結構蛋白，可在細胞外基質中形成纖維狀網絡結構，參與細胞外基質與細胞內骨架的連接，對細胞的粘附、遷移、增殖、分化等過程發揮重要作用。Vitronectin蛋白與iPS細胞的生成和分化密切相關，在iPSC細胞的生成和維持過程中發揮了關鍵作用。
IL-11	在體外,IL-11 能促進IL-6依賴的漿細胞瘤細胞增殖和T細胞依賴性B細胞的發育。在含IL-11、EPO的培養基中原始細胞可分化成巨噬細胞。
DLL-4	DLL4作為Notch配體參與Notch信號通路，可以激活NOTCH1和NOTCH4。DLL4參與血管生成，并負調控內皮細胞增殖和遷移以及血管生成發芽。DLL4可以綁定到Notch-1和Notch-4。

表4. 細胞因子產品信息

英文名稱	中文名稱	貨號
Human bFGF/FGF-2	人堿性成纖維細胞生長因子	91330ES
Human EGF	人表皮生長因子	92701ES
Human GM-CSF	人粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子	91113ES
Human Activin A	人激活素A	91702ES
Human TNF-alpha	人腫瘤壞死因子	90601ES
Human VEGF165	人血管內皮細胞生長因子165	91502ES
Human TGF-β 1	人轉化生長因子β1	91701ES
Human SCF	人干細胞因子	92251ES
Human BMP-2	人骨形態發生蛋白 2	92051ES
Human BMP-4	人骨形態發生蛋白4	92053ES
Human HGF	人肝細胞生長因子	92055ES
Human Vitronectin	人玻連蛋白	92549ES
Human Wnt3a	人wnt3a蛋白	92276ES
Huma TPO	人血小板生成素	92252ES
Human FGF-7	人成纖維細胞生長因子7	91304ES
Human IGF-1	人胰島素樣生長因子1	92201ES
Human SHH	人音猬因子	92566ES
Human FGF-10	人成纖維細胞生長因子10	91306ES
Human PDGF-BB	人血小板衍生生長因子B	91605ES
Human PDGF-AA	人血小板衍生生長因子A	91601ES
Human OSM	人抑瘤素M	92254ES
Human IL-3	人白介素3	90104ES
Human VEGF121	人血管內皮細胞生長因子121	91503ES
Human IL-11	人白介素11	90110ES
Human Noggin	人頭蛋白	92528ES
Human FGF-4	人成纖維細胞生長因子4	91303ES
Human DLL-4	人Delta-like 蛋白 4	93874ES

細胞因子產品特點

高生物活性：更低的ED50，更高的蛋白比活性。
低內毒素：< 0.01EU/μg蛋白。
高純度：>95%，經SDS-PAGE和HPLC雙重檢測。
產品形態：凍干粉。
多種類器官培養驗證

細胞因子驗證數據

Human Wnt3a

Recombinant Human BMP-2 Protein 生物活性比進口品牌高1.5倍

Human IL-3 Protein

Human FGF-2

相關產品信息

產品名稱	貨號	規格
Human TGF-β1	91701ES	5μg 100μg
Human GM-CSF	91102ES	5μg 100μg
Human Wnt3a	92276ES	10μg 100μg
Human Wnt5a	92282ES	10μg 100μg
Human BMP-4	92053ES	10μg 100μg
Human Activin A	91702ES	10μg 100μg
Human SHH	92566ES	5μg 100μg
Human Noggin	92528ES	5μg 100μg
Human FGF-2	91330ES	10ug 100μg
Human IL-6	90107ES	5μg 100μg
Human EGF	92701ES	100 μg 500 μg
Human SCF	92251ES	10μg 100μg
Human TPO	92252ES	100μg 1mg
Human VEGF165	91502ES	10μg 100μg
Human IGF-1	92201ES	100ug 500 μg
Human PDGF-BB	91605ES	10ug 100μg
Human PDGF-AA	91601ES	10μg 100μg
Human KGF-2/FGF-10	91306ES	5μg 100μg
Human KGF-1/FGF-7	91304ES	10μg 100μg
Human IL-3	90104ES	10μg 100μg
Human Flt-3 Ligand	92259ES	10μg 100μg
Human HGF	92055ES	10μg 50μg
Human BMP-2	92051ES	10μg 100μg
Human IL-11	90110ES	10μg 100μg
Human DLL-4	93874ES	100μg 500μg