来源： 干细胞论

取一块皮肤或一滴血，提取细胞，进行细胞“重编程”，改造成多能干细胞，再进一步培养分化，它就成为各种各样的身体细胞，例如心肌细胞、视网膜细胞、神经细胞等，最终有望培育出人体器官。

这不是天方夜谭，而是真实的科学进步。iPS细胞即诱导多能干细胞，近年来备受科学界瞩目，成为了众多研究人员争相探索的新领域。

01 什么是iPS细胞

iPS细胞是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞。

2006年日本京都大学教授山中伸弥教授（Shinya Yamanaka）在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了诱导多能干细胞的研究。他们把Oct3/4,Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。山中伸弥教授也因此获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。

2012诺贝尔医学奖颁奖现场

“他们发现了如何使成熟细胞的时钟倒退，回到胚胎发育的原始状态。而这些原始细胞能够发育成为身体中的任何一种细胞组织。这项惊世骇俗的发现，彻底颠覆了人类看待细胞分化和发育的传统观念，教科书从此被改写。通过重编程人体细胞，科学家们已经为疾病的诊断和治愈创造出新的可能。”——2012诺贝尔生理学或医学奖颁奖词

iPS细胞全称为诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells），缩写名来源于各个英文单词的首字母。至于为什么刻意用i而不是I，山中伸弥教授的解释是，希望该技术像当年风靡一时的iPod一样，发扬光大。

如果将器官看成是一棵大树，iPS细胞就像是一颗种子，经过‘浇水’‘施肥’后，分化成该器官不同的细胞类型，就像是树的叶子、主干、枝丫一样。

02 iPS细胞的优势

多向分化：iPS细胞具有与胚胎干细胞相似的分化潜力，理论上可分化成任何成体细胞与器官类型。通过分化，它们可以生成血细胞、骨细胞、神经细胞等200多种细胞。

修复损伤：理论上可以修复任何损伤，替换为重新生长的正常组织，iPS细胞技术使人类解锁了再造身体组织乃至器官的新技能。

来源稳定：利用iPS细胞技术解决了细胞培养取材来源的问题，不受年龄和疾病的限制，都可以利用iPS技术培养出适合自己的细胞。

采集方便：iPS细胞通常选择采集表皮、外周血进行诱导重编程，采集非常方便。

无免疫排异：可以用自己的体细胞制备专有的干细胞，因此不存在免疫排异的问题。

无伦理争议：避免使用使用胚胎干细胞或卵细胞，无伦理学问题。

潜力巨大：iPS细胞在替代性治疗以及发病机理的研究，新药筛选以及神经系统疾病、心血管疾病等临床疾病治疗等方面具有巨大的潜在价值。

03 iPS细胞技术的应用

01 利用iPS细胞修复大脑损伤

2021年4月21日，美国加州大学洛杉矶分校和芝加哥大学的研究团队在 Science 子刊 Science Translational Medicine 期刊发表了研究论文。

研究团队使用人工诱导多能干细胞（iPSC）诱导分化而来的神经胶质细胞注射到具有人中风和痴呆症状的小鼠模型的大脑，成功修复了其大脑损伤并改善记忆功能。这项研究表明，这种基于iPS的干细胞疗法，能够激活大脑的自我修复，阻止大脑白质中风的进行性发展，防止痴呆症的出现。

02 iPS细胞实现量产血小板

2017年，央视CCTV报道了一项日本团队实现用iPS细胞量产血小板，输血不用血或将成为可能！

这项研究是由京都大学iPS细胞研究所、大冢制药等16家日本医药相关公司，分别承担了制造、分离、保存等环节。基于京都大学iPS细胞研究所成功搭建的用iPS细胞大量生产血小板的技术平台，可以满足实际临床应用中单次输血必须1000亿个以上血小板的大量需求。此项研究成果于2018年7月13日发布在国际期刊《Cell》上。

03世界首例iPS细胞治疗心脏病

2020年，国际顶尖学术期刊 《Nature》报道了南京鼓楼医院王东进团队的一项临床治疗研究，在这项研究中，两名中国男子接受了基于“重编程”干细胞的实验性心脏病治疗，并在一年后成功康复。

据悉，这是已知的全球首个用于治疗受损心脏的iPS技术的临床应用。

04 iPS细胞体外生成“人造血管”

2019年，世界首次成功在实验室培养皿中将干细胞培育成完整的“血管类器官”，可实现真实的人血管的结构和功能。这项研究由哥伦比亚大学和奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）合作完成，并在《Nature》上发表论文。

研究人员基于贯穿人体的血管都是由干细胞分化发育而来的原理，通过诱导多能干细胞（iPSC）技术将体细胞诱导成血管上皮细胞。

人体类血管器官在小鼠肾脏内移植实验，并生成动脉、毛细血管

研究人员之一的Josef Penninger指出“人体中的每个器官都与循环系统息息相关。这一突破有望帮助研究人员找到多种血管疾病的原因和疗法，如阿尔茨海默症、心血管疾病、伤口愈合问题、中风、癌症、当然还有糖尿病“。

05 iPS细胞体外生成毛囊细胞

2019年6月，美国Sanford Burnham Prebys医学研究所的科学家Alexey Terskikh在国际干细胞研究学会（ISSCR）年会上宣布，他的团队利用iPS细胞开发了一种重新生长头发的方法，通过iPS技术诱导出真皮乳头间叶细胞，这些细胞位于毛囊内部，使用3D生物可降解支架，控制毛发的生长方向，成功在小鼠皮肤上长出人类毛发。

iPS诱导的毛囊细胞在小鼠皮肤上长出毛发

这项技术与任何其他毛囊再生方法不同，iPS细胞可以提供无限量的细胞供应，并且可以从简单的抽血中获得细胞。不仅克服了头发再生的关键技术挑战，高度可控并通过皮肤就可生长出自然头发！

04 写在最后

在生命科学方面，iPS细胞可以用于治疗各种疾病，如心脏病、肝病、神经系统疾病等。通过将患者自身的成体细胞转化为iPS细胞，并进一步分化为需要治疗的特定类型细胞，可以避免移植排斥反应和道德争议等问题。同时，在药物筛选方面，iPS细胞也能够模拟人体器官和组织对药物反应的情况，从而有效地降低新药开发过程中的风险和成本。

除此之外，iPS细胞还有着广泛的应用前景。例如，在生殖医学领域中，利用iPS技术可以实现人工精子和卵子制备；在动物保护领域中，则可以通过基因编辑技术将濒危动物转化为更适应环境的品种。

iPS细胞的出现，不仅在医学领域带来了巨大的突破，也为整个人类社会带来了更加广阔的发展空间。根据iPS细胞在短时间内取得的一系列突破，相信在合理规范和科学管理下，iPS技术一定能真正发挥其巨大潜力，让我们共同期待并努力推动这项奇迹般的科技不断向前迈进！