CRISPR创造了第一个对免疫系统功能性“隐身”的多能干细胞

日期: 2019年02月19日


    

加州大学旧金山分校的科学家们利用CRISPR/Cas9基因编辑系统创造了第一个对免疫系统功能性“隐身”的多能干细胞,这是生物工程的一项壮举,有助于帮助实验室研究防止干细胞移植排斥的出现。这些“通用”干细胞比为每位患者量身定制的干细胞更有效地完成个性化医疗,实现再生医学。

 

这一研究成果公布在2月18日的Nature Biotechnology杂志上,由加州大学旧金山分校心脏外科主任Julien I.E. Hoffman博士等人领导完成, Hoffman博士说,“科学家经常吹嘘多能干细胞的治疗潜力,比如说它可以形成任何成体组织,但是免疫系统不这么认为,它一直都是安全有效进行干细胞治疗的主要障碍之一。”

 

免疫系统一方面能保护我们免受外来入侵物的伤害,如果没有它,我们人体无法正常运行;但另外一方面,这也意味着移植的器官,组织或细胞会被认作是具有潜在危险的外来物,因此会引发强烈的免疫反应,导致移植排斥,这也就是临床上所说的“组织相容性不匹配(histocompatibility mismatched)”。

 

为此我们只能服用抑制免疫活性并减少排斥反应的药物。但不幸的是,这些免疫抑制剂使患者更容易感染和患上癌症。

 

干细胞移植领域科学家曾经认为排斥问题可以通过诱导多能干细胞(iPSCs)解决,这种干细胞是由完全成熟的细胞(如皮肤或脂肪细胞)重新编程得来的,可以发育成任何构成身体组织和器官的细胞。如果将来自iPSCs的细胞移植到捐献原始细胞的同一患者体内,那么人们会认为移植的细胞是“自我”,不会发生免疫攻击。

 

但实际上,iPSC的临床应用已证明这很困难。由于尚未了解的原因,许多患者的细胞被证明无法进行重编程,而且为每位进行干细胞治疗的患者生产iPSC既昂贵又耗时。

 

“iPSC技术存在许多问题,但最大的障碍是质量控制和可重复性。我们不知道是什么让一些细胞能够重新编程,但大多数科学家认为这还是不太可靠。因此,大多数个体化iPSC治疗方法已被放弃。”

 

为此,研究人员尝试通过创建“通用”iPSC来回避这些问题,在最新研究中,他们发现在仅仅三个基因的活性被改变后,将iPSC移植到具有完全免疫系统功能组织相容性不匹配的受体后能够避免排斥。

 

“这是第一次有人设计出可以普遍移植,在免疫功能正常的受体中存活而不会引起免疫反应的细胞,”作者表示。

 

具体来说,研究人员首先利用CRISPR删除两个基因,这两个基因对于主要组织相容性复合体(MHC)I类和II类蛋白质家族的正常功能至关重要。MHC蛋白质位于几乎所有细胞的表面,携带帮助免疫系统区分入侵者与本体的分子信号。缺少MHC基因的细胞不会出现这些信号,因此它们不会标记外来者。然而,缺失MHC蛋白的细胞会成为自然杀伤(NK)细胞这种免疫细胞的靶标。

 

加州大学旧金山分校的Lewis Lanier教授是一位信号学专家,其研究组曾发现CD47(一种细胞表面蛋白)能作为针对巨噬细胞的“别吃我”信号,对NK细胞也有很强的抑制作用。

 

研究人员认为CD47可能是完全关闭排斥反应的关键,因此他们将CD47基因加载到一种病毒中,传递给MHC蛋白缺失的小鼠和人体干细胞

 

实验结果证实了他们的假设,CD47确实是这个难题的缺失部分。当研究人员将三重修饰过的小鼠干细胞移植到具有正常免疫系统的错配小鼠时,结果没有观察到排斥反应。然后,他们又将类似调整过的人类干细胞移植到所谓的人源化小鼠体内,这些小鼠的免疫系统已经被人体免疫系统的成分所取代,也没有排斥反应。

 

此外,研究人员利用这些干细胞中分化出各种类型的人类心脏细胞,并将它们再次移植到人源化小鼠体内。干细胞分化的心肌细胞能够实现长期存活,甚至开始形成基本的血管和心肌,这为修复衰竭心脏带来了希望。

 

“我们的技术解决了干细胞和干细胞衍生组织的排斥问题,这是干细胞治疗领域的一大进步,”Deuse说。 “我们的技术可以使更多的患者受益,其生产成本远低于其它任何个性化方法。我们只需要制造我们的细胞一次,得到的产品可以广泛应用。”

 

转载标题:CRISPR创造了第一个对免疫系统功能性“隐身”的多能干细胞

 

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作为实力雄厚的基因工程鼠技术平台,赛业生物已服务全球数万名科学家,赛业产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的2030篇学术论文。2016年,TurboKnockout把 ES打靶金标准推向新高度;同年,CRISPR-Pro使大片段基因敲入条件性基因敲除变得更加高效;2017年, AlphaKnockout基因打靶专家系统首次实现基于人工智能的最优化方案设计;同 年7月,推出万例CRISPR-AI敲除小鼠资源库。赛业一步一个脚印,踏实前行,助力中国科研!

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