Cell Stem Cell | 北大邓宏魁教授：化学重编程诱导多能干细胞（CiPSC）的制备方法及当下应用

早期的研究展示了人类体细胞向多能干细胞(hCiPSCs)的化学重编程，这为细胞命运操纵提供了一种强有力的方法。然而，这种化学方法的效用目前受到慢动力学活性的阻碍。

2023年3月20日，北京大学邓宏魁及王金琳共同通讯在Cell Stem Cell （IF=25）在线发表题为“Highly efficient and rapid generation of human pluripotent stem cells by chemical reprogramming”的研究论文，该研究表明通过化学重编程可以高效快速地生成人类多能干细胞。

该研究通过筛选小分子助推器和系统优化原始条件，作者建立了一个稳健的、化学定义的重编程协议，极大地缩短了诱导时间，从50天到至少16天，并能够从所有17个测试供体中高度可重复和高效地生成hCiPSCs。作者发现，这种优化的方案通过促进细胞增殖和早期氧化磷酸化代谢活动，实现了更直接的重编程过程。该研究结果强调了一种独特的化学重编程途径，它为生成人类多能干细胞提供了捷径，这代表了人类细胞命运操纵的一种强大策略。

基于小分子的化学重编程允许操纵细胞命运以生成所需的细胞类型，这在再生医学中具有巨大潜力。最近，作者证明了人类体细胞向多能干细胞(hCiPSCs)的化学重编程。这种方法协同靶向细胞信号通路和表观遗传修饰子来控制细胞命运，而无需遗传操作，因此比基于转录因子(TF)的重编程更具优势。与遗传方法相比，小分子以快速、可逆和时间/剂量依赖的方式起作用，允许精确控制细胞命运。此外，小分子与基因组具有非整合性，易于标准化和制造，成本效益高，使hCiPSCs的制造适合临床应用。因此，这种化学重编程方法为细胞命运操纵和用于治疗应用的细胞产品的生成开辟了有前途的途径。

然而，以往的化学重编程方法受到慢动力学的限制。原来的协议包括四个阶段在I期顺序诱导上皮样细胞，在II期依次诱导中间塑料细胞（IPC），在III期诱导胚胎外内胚层样细胞，在IV期具有多能性的原代hCiPSC。该协议需要~50天的重编程（I期，II期，III期和IV期分别为8-10，16-20，8-12和7-10天），这是一个缓慢的过程，阻碍了其在细胞命运操纵中的应用和hCiPSCs的产生。此外，I期和II期疾病含有血清产物，阻碍了hCiPSCs的临床转译。因此，一个稳健的、无血清的、化学定义的重编程系统对于这种化学重编程方法的进一步应用是必要的。

机理模式图（图源自Cell Stem Cell ）

该研究建立了一个高效、快速的化学重编程系统，用于在化学规定的条件下生成hCiPSCs。这种优化的方案通过更直接和快速的轨迹引导化学重编程走向多能性。

干细胞具有无限自我更新和分化成生物体所有功能细胞类型的能力，这些神奇的特质使其在细胞治疗、药物筛选和疾病模型等领域具有广泛的应用价值，是再生医学领域最为关键的“种子细胞”。早在“2021未来科学大奖周科学峰会”演讲上，邓宏魁教授详细阐述了未来理想的重编程制备干细胞方法的研究过程及其在当下的应用。

邓宏魁教授在“2021未来科学大奖周科学峰会”演讲视频

参考文献：Liuyang, Shijia et al. “Highly efficient and rapid generation of human pluripotent stem cells by chemical reprogramming.” Cell stem cell vol. 30,4 (2023): 450-459.e9. doi:10.1016/j.stem.2023.02.008

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