客观日本

北京大学只使用化合物成功制作出iPS细胞,临床应用仍有课题

2022年06月03日 生物医药

由北京大学等组成的研究团队4月宣布,只向体细胞中添加化合物就成功培养出了人类iPS细胞。这与京都大学山中伸弥教授提出的在体细胞内插入4个基因来制作iPS细胞的方法完全不同。该成果有助于实现更简单、更大规模制作iPS细胞的方法,但目前没有其他研究团队再现同样的结果,安全性方面也存在课题。

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京都大学的山中教授在体细胞中插入4个基因来制作的iPS细胞(供图:山中教授)

两种制作iPS细胞方法的不同
  现有方法(京都大学等) CiPS细胞(北京大学)
方法 在体细胞中插入4个基因后培养 在体细胞中添加多种化合物后培养
时间 约10~25天 约40~50天
效率 无明显差别
临床应用 可以培养出品质和安全性能应用于再生医疗的iPS细胞 DNA损伤风险等来自化合物的安全性尚未得到充分验证

“如果属实,这将是一项非常了不起的成果”,在理化学研究所研究iPS细胞的林洋平组长这样评价北大的研究成果,“在体细胞中添加化合物来促进iPS细胞生长的研究此前也有不少,但都需要同时导入(作为基因的)转录因子。此次没有导入转录因子,仅做了化合物的添加处理,这一点具有划时代的意义”。

参与该研究的北京大学邓宏魁教授等人的论文已发表在英国科学期刊《自然》上。邓教授的研究团队将利用这种新方法制作的iPS细胞命名为“CiPS细胞”。该团队2013年宣布制作成功了小鼠CiPS细胞,但之后实现人类CiPS细胞花了9年的时间。山中教授的研究团队2006年宣布制作了小鼠iPS细胞后,并于2007年就报告了成功获得人类iPS细胞。

据邓教授的研究团队介绍,通过向人体细胞中添加多种化合物并分4个阶段培养约40~50天就培养出了iPS细胞。CiPS细胞除胎儿的皮肤细胞外,还可以使用成年人的皮肤等细胞制作,制作效率约为0.2~2.5%。

与山中教授一起发现iPS细胞培养法的京都大学高桥和利副教授说:“必要的实验都已覆盖,研究工作也非常认真。确定最终培养条件需要反复进行试错,考虑到这一点,我觉得非常了不起。” 但他同时也表示:“无论是小鼠的还是人类的,都只有邓教授的研究室取得了这个成果。期待其他研究团队能再现这个结果,以确保其可靠性。”

山中教授和高桥副教授率先发现的iPS细胞制作方法是向体细胞中插入名为转录因子的4个基因来引起初始化(重编程),然后将其转化为作为万能细胞(iPS细胞)。初始化所需的4个基因“Oct4”、“Sox2”、“Klf4”和“c-Myc”被称为山中因子。

高桥副教授重点关注了基因在CiPS细胞形成过程中发挥的作用。在培养CiPS细胞的4个阶段中,Oct4和Sox2从第三阶段开始发挥作用。因此并不是通过添加化合物诱导山中因子发挥作用引起初始化的,应该是通过其他机理进行的初始化。“从体细胞变成iPS细胞”,即使起点和终点相同,但路径也可能有多种。

中国官方媒体新华社就该研究成果报道称,“突破了以往干细胞制作技术的局限性”、“未来有望用于治疗糖尿病、重症肝病、恶性肿瘤等重大疾病”。但其实,目前CiPS细胞既有优势也有劣势。

关于CiPS细胞的优势,林洋平组长指出,“化合物可以化学合成,而且很多化合物都是市售产品,因此可以更简单地大规模制作iPS细胞”。至于劣势,林洋平组长指出,“所使用的化合物有一些并不了解其安全性”。需要充分验证一些化合物是否存在损伤体细胞的DNA,从而引起癌变的风险等。

使用化合物的方法原理上可以对细胞进行均匀的处理,但CiPS细胞的制作效率与基因导入法并无明显差别。而且所需的制作时间是基因导入法的数倍,这虽然有望通过优化制作方法得到显著改善,但前景还不明朗。

CiPS细胞作为基础研究应该可以说是一项重要的成果,但在临床应用中不一定具有优越性。再生医疗面临的主要课题是如何利用iPS细胞制作出神经和心脏等体细胞及其组织,并进行移植。

日文:越川智瑛、《日经产业新闻》,2022/5/25
中文:JST客观日本编辑部