近年来，诱导多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cells，iPSC）技术凭借其独特的优势，在疾病建模和药物筛选中掀起了一场科学革命。iPSC不仅能分化为特定疾病相关的细胞类型，还能构建复杂的三维类器官模型，在疾病建模及药物筛选中提供了全新的工具。本文结合最近的研究进展，解析这一技术的核心应用场景。
疾病建模的“钥匙”
iPSCs技术的一个重要优势是能够从患者的体细胞中提取并重编程成多能干细胞，这些iPSCs继承了患者的遗传背景，从而能够生成具有疾病特征的细胞模型，进而用于模拟疾病过程、筛选药物或研究疾病机制。
AD模型的创新突破
传统阿尔茨海默病（AD）模型主要以永生化细胞系或转基因动物模型为主，存在不具备疾病信息、种属差异等问题，并不能很好的模拟疾病真实状态。2021年，科学家通过BMP、FGF、Activin、VEGF、M-CSF等一系列细胞因子对iPSC衍生的细胞进行体外诱导分化，并与现代自动化培养技术相结合，建立了一个自动、一致和长期培养人类iPSC神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的平台，通过此平台生成了iPSC AD模型，该模型成功复现AD患者脑内β-淀粉样蛋白沉积和神经元退化特征，为药物靶点筛选提供了高效模型[1]。
肾脏疾病的精准模拟
阿尔波特综合征（AS）是一种遗传性肾小球肾炎，由COL4A3、COL4A4或 COL4A5基因突变引起，以肾小球基底膜（GBM）异常为特征，由于缺乏有效的体外方法来测试正常肾小球基底膜的恢复情况从而阻碍了药物的发现。日本京都大学团队通过CRISPR技术编辑患者iPSC的COL4A5基因，构建出肾脏类器官模型，该模型不仅重现了胶原蛋白组装缺陷，还验证了化学伴侣药物对病理的缓解作用，为罕见肾病治疗开辟新路径[2]。
更加精准的药物筛选与毒性测试
传统的药物筛选通常依赖于动物模型，但动物模型在某些方面可能无法完全模拟人类疾病的复杂性或药物在人体内的反应。iPSC技术弥补了这一缺陷，通过使用来自不同患者的iPSCs，可以开发出更接近人类生物学的细胞模型。
准确真实反映体内药物效果
在心脏药物开发过程中，iPSC衍生的心肌细胞可以模拟患者的心脏细胞反应，帮助研究人员更早地发现药物可能引起的心脏毒性。传统药物筛选可能会错过一些细微的毒性反应，而iPSC技术能够让这些细胞在体外环境中更真实地呈现药物对心脏功能的影响。类似地，在神经系统疾病的药物筛选中，iPSC衍生的神经元能够真实地模拟与神经退行性疾病相关的细胞环境，使药物筛选能够更早地发现药物可能对神经系统的毒性[3]。
iPSC衍生的3D类器官的高通量筛选
iPSC衍生的3D类器官的高通量筛选，使得药物开发者可以迅速确定药物的最佳剂量，并避免药物过量所带来的不良反应。这种精准的体外筛选不仅能加快药物开发过程，还能降低药物研发的成本和风险。德国耶拿大学开发的Hi-Q技术，将hiPSC直接诱导分化为神经上皮，通过使用定制设计的、无涂层的、预先图案化的微孔，建立一种能在多个hiPSC细胞系中重复生成数千个脑类器官的方法，这些高量脑类器官具有可重现的细胞结构、细胞多样性和功能性，不存在异位活跃的细胞应激途径，为药物筛选提供了一个高效的工具，具有广泛的应用前景[4]。
随着基因编辑（如CRISPR）、AI驱动筛选和生物打印技术的融合，iPSC技术有望在未来十年内实现从实验室到临床的全面转化，为个性化医疗按下加速键。近岸蛋白可提供GMP级别iPSC培养细胞因子，iPSC相关类器官培养试剂、GMP级iPSC基因编辑器等产品和服务，助力iPSC技术在疾病建模及药物筛选中的应用。
产品数据
高活性基质蛋白支持iPSC稳定传代培养
iPSC分别在Vitronectin（Cat.No.:GMP-C395）、Laminin511（Cat.No.:C28C）和Laminin521（Cat.No.:GMP-C28D）的支持培养下，进行稳定连续传代培养P1至P5，均可维持良好的生长，细胞形态均一正常。
高活性、高批间一致性的iPSC细胞培养因子
Recombinant Human Activin A (Cat.No.:GMP-C687)
Measured by its ability to induce SMAD signaling in 293-Activin A Res cells. The specific activity of recombinant human Activin A is ≥1.0 x 103 IU/mg, which is calibrated against the human Activin A Standard (NIBSC code: 91/626).
Recombinant Human Activin A(Cat.No.:GMP-C687)
Measured by its ability to induce SMAD signaling in 293-Activin A Res cells. The specific activity of recombinant human Activin A is ≥1.0 x 103 IU/mg. Three independent lots were tested for activity and plotted on the same graph to show lot-to-lot consistency of Activin A.
经类器官培养验证的细胞因子 (iPSC来源的人小肠类器官)
Human intestinal organoids (ipsc dereived) were cultured with Activin A(Cat.No.:C687), BMP-4(Cat.No.:CR93) , EGF (Cat.No.:C029), Wnt3a (Cat.No.:C22R), Noggin (Cat.No.:CB89), R-spondin 1 (Cat.No.:CX83) and FGF-4 (Cat.No.:CR08) . The organoids showed good morphology.
产品信息
iPSC培养细胞因子推荐
| 细胞类型 | 主要的细胞因子 |
| iPSC衍生的T细胞 | bFGF、BMP-4、FLT3L、IL-3、IL-7、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的NK细胞 | BMP-4、FLT3L、IL-2、1L-3、IL-7、IL-15、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的巨噬细胞 | bFGF、BMP-4、FLT3L、GM-CSF、IL-3、IL-7、IGF-1、M-CSF、SCF、VEGF165 |
| iPSC衍生的多巴胺能神经元/神经前体细胞 | BDNF、FGF8b、GDNF、SHH(C25Ⅱ)、TGF beta3 |
| iPSC衍生的其他神经相关细胞 | 运动神经元:bFGF、BDNF、CNTF、GDNF、IGF-1、SHH |
| 星形胶质细胞:Activin A、BMP-4、bFGF、CNTF、EGF、IGFI、NRGlBeta | |
| 神经祖细胞NPC/NSC:bFGF、NT-3 | |
| iPSC衍生的心肌细胞 | Activin A、BMP-4、bFGF、DKKl、SCF、TGF-beta l、transferrin、VEGF165、Wnt 3a |
| iPSC衍生的胰岛细胞 | Activin A、KGF |
高编辑效率、低脱靶以及专利授权清晰的GMP级基因编辑器
参考文献
[1]Bassil, Reina et al. “Improved modeling of human AD with an automated culturing platform for iPSC neurons, astrocytes and microglia.” Nature communications vol. 12,1 5220. 1 Sep. 2021, doi:10.1038/s41467-021-25344-6
[2]Hirayama, Ryuichiro et al. “iPSC-derived type IV collagen α5-expressing kidney organoids model Alport syndrome.“Communications biology vol. 6,1 854. 28 Sep. 2023, doi:10.1038/s42003-023-05203-4
[3]Shi, Y., Inoue, H., Wu, J. C., & Yamanaka, S. (2017). Induced pluripotent stem cells for disease modeling and drug discovery in neurodegenerative diseases. Nature Reviews Neuroscience, 18(9), 568-580.
[4]Ramani, Anand et al. “Reliability of high-quantity human brain organoids for modeling microcephaly, glioma invasion and drug screening.” Nature communications vol. 15,1 10703. 19 Dec. 2024, doi:10.1038/s41467-024-55226-6