iPSC基因编辑全解析：概念、应用场景与技术优势

iPSC 是一种通过技术手段“改造”而来的特殊干细胞。科学家从人体获取皮肤细胞、血液细胞等普通体细胞，借助基因重编程技术，在特定转录因子（如 Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc 等）的作用下，打破体细胞已有的分化程序，让这些高度分化、功能固定的细胞 “逆转时光”，回归到具备无限分化潜力的干细胞状态。通过CRISPR/Cas9的方法，将模拟疾病发生的突变引入iPSC，或修复iPSC疾病模型中的突变, 再分化得到所需要的细胞进行研究或治疗，是目前iPSC研究的大热门。

一、iPSC基因编辑是什么？

iPSC 基因编辑 是指将诱导多能干细胞（iPSC）技术与CRISPR/Cas9基因编辑技术相结合，通过精准修饰 iPSC 的基因组，实现基因敲除、敲入、点突变、修复等目的，再利用 iPSC“无限增殖 + 多向分化” 的特性，将修饰后的 iPSC 诱导分化为特定功能细胞（如神经元、心肌细胞、胰岛 β 细胞等），最终应用于科研、疾病治疗、药物研发等领域的技术体系。正是基于 iPSC 基因编辑 “以 iPSC 为载体、以基因编辑为工具” 的核心逻辑，其在基因编辑领域展现出从基础科研到临床转化的多元应用价值，成为推动生物医学突破的关键力量

二、iPSC基因编辑有哪些应用场景？

基础科研：基因功能研究的 “全能工具台”

1.突破细胞来源限制，实现长期稳定研究

iPSC 可从成人体细胞（如皮肤成纤维细胞、外周血单核细胞）重编程获得，无需依赖胚胎干细胞，伦理争议小且来源广泛。结合CRISPR/Cas9基因编辑技术，可精准实现基因敲除、敲入、点突变等修饰，且修饰后的 iPSC 能无限增殖传代，为基因功能的长期追踪研究提供稳定细胞模型。例如，通过编辑 iPSC 中的关键信号通路基因，可持续观察其对细胞分化、增殖、凋亡的影响，解决原代细胞难以长期培养的痛点。

图1. p53的连续失活会导致诱导多能干细胞（iPSC）形成减少[3]

2.多向分化特性，覆盖多组织器官研究场景

iPSC 可分化为神经元、心肌细胞、肝细胞、胰岛 β 细胞等多种功能细胞，结合基因编辑可构建 “特定基因修饰 + 特定组织细胞” 的精准模型。例如，编辑神经相关基因后分化为神经元，为阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的基因功能研究提供理想工具。

疾病建模：从 “体外模拟” 到 “精准预测”

1.患者特异性疾病模型构建，还原疾病本质

利用患者自身细胞重编程的 iPSC，通过基因编辑验证 “致病基因 - 疾病表型” 的因果关系，避免传统动物模型与人类疾病的差异。例如，针对遗传性心肌病患者，可从其体内获取细胞构建 iPSC，通过基因编辑修正致病突变，观察分化后的心肌细胞是否恢复正常功能，直接验证该基因的致病作用；对于罕见病，可通过编辑 iPSC 模拟致病突变，解决罕见病样本稀缺、研究难以开展的问题。

图2. 恒河猴工程化心肌（EHM）的制备与表征[4]

2.动态追踪疾病进展，揭示病理机制

iPSC 分化过程可模拟人体胚胎发育及疾病发生发展的动态过程，结合基因编辑技术可精准调控致病基因的表达时序，观察疾病从早期到晚期的病理变化。例如，在脊髓性肌萎缩症（SMA）研究中，通过编辑 iPSC 中的致病基因，追踪其分化为运动神经元的过程中，神经元凋亡、功能异常的时序规律，为揭示 SMA 的病理机制提供关键依据。

图3. 编辑 iPSC 中的致病基因为揭示 SMA 的病理机制提供关键依据[5]

药物研发：提升筛选效率与临床转化成功率

1.高通量药物筛选的 “精准平台”

基因编辑修饰后的 iPSC 分化而来的功能细胞，可模拟疾病状态下的细胞表型，用于药物的高通量筛选与活性验证。相比传统细胞模型，iPSC 来源的疾病特异性细胞更贴近人体生理状态，筛选出的药物更具临床转化价值。例如，针对囊性纤维化，利用基因编辑构建的囊性纤维化相关基因修饰 iPSC，分化为气道上皮细胞后，可快速筛选能修复离子通道功能的潜在药物，大幅降低药物研发的时间成本与失败率。

2.药物毒性与安全性评估的 “替代模型”

iPSC 可分化为肝细胞、心肌细胞、肾小管细胞等药物代谢相关细胞，结合基因编辑可模拟不同人群的基因多态性（如药物代谢酶基因多态性），评估药物在不同遗传背景下的毒性反应。例如，通过编辑 iPSC 中的药物代谢关键基因，可预测不同患者对药物的代谢速率与毒性风险，实现 “个体化药物安全性评估”，为临床合理用药提供参考。

图4. 建立并功能表征携带CFTR S308X无义突变的iPSC衍生气道类器官[7]

细胞治疗：基因编辑与干细胞治疗的 “强强联合”

1.遗传性疾病的根治性治疗探索

对于单基因遗传病，通过基因编辑技术修正 iPSC 中的致病突变，再将修饰后的 iPSC 分化为功能细胞移植回患者体内，实现 “基因修正 + 细胞替代” 的双重治疗效果。例如，针对镰状细胞贫血症，可从患者体内获取造血干细胞样细胞构建 iPSC，通过 CRISPR 技术修正 β- 珠蛋白基因的致病突变，再分化为造血干细胞移植回患者体内，重建正常的造血功能；目前，该类疗法已进入临床试验阶段，为遗传性疾病的根治提供了新方向。

2.解决细胞治疗的免疫排斥问题

利用基因编辑技术敲除 iPSC 中的人类白细胞抗原（HLA）相关基因，可构建 “通用型” iPSC 细胞库，其分化后的功能细胞移植时可避免宿主的免疫排斥反应，无需依赖患者自身 iPSC，大幅降低细胞治疗的制备成本与时间。例如，通用型 iPSC 来源的心肌细胞可用于心力衰竭患者的细胞移植，通用型神经元可用于神经损伤修复，为细胞治疗的规模化应用奠定基础。

3.复杂疾病的细胞替代治疗潜力

对于糖尿病、帕金森病、脊髓损伤等非遗传性疾病，可通过基因编辑优化 iPSC 的分化效率与功能稳定性，再分化为胰岛 β 细胞、多巴胺能神经元、神经干细胞等进行移植。例如，通过编辑 iPSC 中的分化相关基因，提升其分化为胰岛 β 细胞的比例与胰岛素分泌功能，移植后可替代受损的胰岛细胞，为 1 型糖尿病患者提供长期有效的治疗方案。

图5. INS c.188-31G>A 突变在分化的人类类β细胞中产生胰岛素 mRNA 亚型，但不产生胰岛素[8]

三、结语：iPSC 与基因编辑的 “协同效应”

iPSC 的 “全能性”与基因编辑的 “精准性”相结合，形成了强大的协同效应：不仅解决了传统科研模型 “不贴近人体生理状态”“难以长期稳定培养” 的痛点，更推动了疾病研究从 “表面现象观察” 向 “深层机制解析”、治疗模式从 “对症缓解症状” 向 “根治疾病根源” 的跨越。

在基因编辑技术持续迭代（如碱基编辑、引导编辑技术的出现）、iPSC 培养分化技术不断成熟的背景下，iPSC 的应用场景还将进一步拓展 —— 从基础科研中的基因功能验证，到疾病建模中的个体化模拟，再到药物研发中的高效筛选，以及细胞治疗中的临床转化，iPSC 正逐渐成为基因编辑领域的 “核心载体”，为生物医学的创新发展提供源源不断的动力，也为更多生命健康难题的破解，带来了可期的未来。

源井生物iPSC基因编辑

源井生物的iPSC基因编辑技术是通过基于CRISPR/Cas9体系的基因编辑技术，对iPSCs进行基因敲除、敲入、修复或点突变等编辑操作，可应用于疾病模型构建、基因治疗，以及病理学和发育生物学的机制研究。

技术服务路线

源井独家优势

• 全方位服务：从细胞培养到基因编辑再到定向分化，全流程覆盖。
• 创新技术：具备自主研发的创新CRISPR技术、EZ-HRexTM基因编辑技术，确保编辑结果的准确性和稳定性。
• 优良品质：独家iPSC培养体系，优化细胞状态，确保细胞干性。
• 丰富案例：300+干细胞成功案例, 13000个项目成功案例。
• 技术支持：博士级别技术支持，您有问题随时解答。

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参考文献

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[8]Panova AV, Klementieva NV, Sycheva AV, Korobko EV, Sosnovtseva AO, Krasnova TS, Karpova MR, Rubtsov PM, Tikhonovich YV, Tiulpakov AN, Kiselev SL. Aberrant Splicing of INS Impairs Beta-Cell Differentiation and Proliferation by ER Stress in the Isogenic iPSC Model of Neonatal Diabetes. Int J Mol Sci. 2022 Aug 8;23(15):8824. doi: 10.3390/ijms23158824. PMID: 35955956; PMCID: PMC9369396.