细胞重编程与干细胞诱导分化：再生医学的“双螺旋密钥”

细胞重编程与干细胞诱导分化：再生医学的“双螺旋密钥”

在再生医学的浪潮中，两项核心技术——细胞重编程与干细胞诱导分化，正以颠覆性的力量重塑人类对疾病治疗和生命科学的认知。随着技术的迭代突破，器官再生、个体化医疗等曾被视为科幻的场景正加速走向现实。今天，小源将带您深入这场生物技术的革新风暴，揭开其背后的科学奥秘与应用潜能。

细胞重编程的本质，是通过分子干预将高度分化的成熟细胞“逆龄重置”，使其重返胚胎期的多能性状态。从1962年成功实现体细胞核移植开始，到如今广泛使用的诱导多能干细胞（iPSC）技术，细胞重编程一直都在经历着技术的不断更新和迭代。2006年，日本科学家山中伸弥团队通过导入四个关键转录因子（Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc），成功将小鼠成纤维细胞转化为诱导多能干细胞[1]，这一诺奖级突破不仅改写了细胞命运调控的规则，更开启了再生医学的新纪元。随后，James A Thomson实验室在2007年通过重编程技术也成功获得人诱导多能干细胞[2]。

图1. 重编程技术的今生前世[3]

iPSCs有着其他细胞无可比拟的优势：

(1)无伦理争议： iPSCs来源于个人的体细胞，如皮肤成纤维细胞、尿液细胞以及外周血单个核细胞，来源获取简易，无需胚胎，完美解决了伦理和道德的问题；

(2)个性化兼容： 自体细胞来源的iPSCs在移植和应用上成功避免了免疫排斥风险；

(3)疾病建模利器： 通过对患者细胞进行重编程可高效构建疾病模型，精准解析发病机制。

正因如此，重编程技术目前已经广泛应用于组织器官再生、自体细胞移植、疾病机制探索以及药物毒性评价等领域，在再生医学和病人个性化治疗上展现出前所未有的潜力。然而，重编程技术固然为我们带来了无限可能性，但这项技术的潜力释放，离不开另一项关键技术的协同——干细胞诱导分化。

如果说重编程是赋予细胞“新生”，那么干细胞诱导分化则是为其规划和实现“未来”。科学家们通过对特定信号通路的精准调控以及相应微环境的构建，模拟体内发育的各个过程，可以在体外精准引导多能干细胞（如胚胎干细胞、iPSCs）分化成为神经元、心肌细胞、胰岛β细胞等特定类型的功能细胞，也可以实现类器官（organoid）的构建，在3D体系上模拟真实器官的结构和功能。

图2. iPSC细胞的多向分化潜能[4]

重编程与诱导分化，看似是细胞命运的“逆向双轨”，但在生命科学研究中，两者的结合，可以说完美地建立了从“细胞源头”到“功能组织”的完整闭环，若仅仅只有重编程，干细胞将止步于“多能状态”，无法定向转化为治疗所需的功能细胞。反之，若仅仅只有诱导分化的技术，则受限于胚胎干细胞的伦理与免疫屏障。两项技术彼此依存、相互赋能，是干细胞研究领域中的“黄金搭档”。

以退行性疾病或者发育缺陷疾病的研究为例，以往在疾病模型小鼠上的机制探索由于种属的差异，所得到的结果在人的体系上往往会无法复现，严重影响研究和治疗的推进。细胞重编程技术的普及在很大程度上解决了无法在人体系上进行研究的问题，科学家可以对病人的体细胞进行重编程，获取病人来源的iPSCs，并根据自己的需要将其诱导分化为功能细胞，如神经元。这些功能细胞带有与病人一致的病理特征，通过体外的功能验证或者移植免疫缺陷小鼠后的体内实验，能够全面、精准地揭示该疾病的病理表型和发病机制。除此之外，重编程与诱导分化的技术联用也被广泛应用于药物筛选和毒性验证、组织器官再生，以及自体细胞治疗等重要研究方向。

图3. 重编程与诱导分化技术在疾病研究中的应用[5]

如果面对一些具有致病型突变的患者，可以结合基因编辑技术对患者来源的iPSCs进行基因修复，再将成功修复的细胞重新分化为治疗所需的功能细胞，实现精准细胞疗法。源井生物已建立稳定、成熟的iPSC基因编辑平台，拥有丰富的iPSC基因编辑经验、自主研发的iPSC培养体系和高度优化的CRISPR-UTM编辑技术，让iPSC的基因编辑更简单、更稳定（可详见小源以往的文章《当iPSC与CRISPR/Cas9完美相遇，会碰撞出哪些火花？》）！

图4. 基因编辑联合重编程与分化诱导技术实现帕金森病人的自体细胞治疗[6]

此外，源井生物依托自主创新平台，长期致力于重编程与干细胞诱导分化技术的开发，不久后即将推出相关的技术服务和系列产品，可精准对接全球客户在干细胞相关研究上的相关需求。在本公司基因编辑平台优势的加持下，我们可以为全球科研机构与生物医药企业提供“细胞来源获取——基因精准编辑——功能细胞制备”的全链条整包服务和解决方案，赋能基础科研，加速医学转化。

好啦，本期先分享到这里了，各位老师如果在重编程或者干细胞诱导分化技术上有相关的需求或者有更多需要了解的地方，可以浏览我们的技术服务页面，也欢迎咨询小源跟我们交流哦。

参考文献

[1]Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006 Aug 25.
[2]Yu J, Vodyanik MA, Smuga-Otto K, Antosiewicz-Bourget J, Frane JL, Tian S, Nie J, Jonsdottir GA, Ruotti V, Stewart R, Slukvin II, Thomson JA. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. 2007 Dec 21.
[3]Cerneckis J, Cai H, Shi Y. Induced pluripotent stem cells (iPSCs): molecular mechanisms of induction and applications. Signal Transduct Target Ther. 2024 Apr 26;9(1):112.
[4]Amabile G, Meissner A. Induced pluripotent stem cells: current progress and potential for regenerative medicine. Trends Mol Med. 2009 Feb;15(2):59-68.
[5]Nishikawa S, Goldstein RA, Nierras CR. The promise of human induced pluripotent stem cells for research and therapy. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008 Sep;9(9):725-9.
[6]Treatment of Parkinson's Disease through Personalized Medicine and Induced Pluripotent Stem Cells.