基于iPSC的细胞疗法及应用领域

基于iPSCs的细胞疗法是再生医学的一种革命性进展，它利用从患者体内采集的体细胞，通过重编程转化为具备多种分化潜力的干细胞，进而分化为所需的特定类型细胞用于治疗。这种方法具有较高的应用潜力，可以针对多种疾病进行个性化治疗。

  • 神经退行性疾病：iPSCs可以被用来生成神经细胞，为帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等疾病的治疗提供新的希望。

  • 心血管疾病：通过iPSC技术生成心脏细胞用于修复心脏组织或治疗心肌梗死等心血管疾病。

  • 糖尿病治疗：iPSCs可以分化成胰岛β细胞，这对于1型甚至某些2型糖尿病患者可能是一种潜在的治病方法。

  • 再生损伤组织：iPSCs的能力可以用于生产多种类型的细胞，用于治疗各种因疾病或外伤导致的组织损伤。

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iPSC重编程

iPSC重编程的过程主要涉及以下几个步骤：

• 获取体细胞：从供体组织中获取的体细胞主要来源于皮肤成纤维细胞、血液细胞（PBMC和T细胞）和尿液细胞等。

• 引入重编程因子：通过病毒载体或其他基因传递方法，将四种关键的转录因子引入到体细胞中。

• 诱导多能性：这些因子启动细胞内的一系列基因表达变化，使得体细胞逐渐失去其特定的分化特性，转而获得类似于胚胎干细胞的多能性。

• 克隆选择和扩增：在培养过程中，部分细胞会逐渐形成iPSC克隆，挑选出的细胞克隆经过进一步培养和扩增，形成稳定的iPSC系。

• 分析鉴定：典型的鉴定方法包括形态学观察、表面标志检测和多能性验证等。

图片来源于网络：ncbi-National Library of Medicine网站

iPSC扩增和培养

iPSC的维持培养通常采用一些标准定义的培养基，能提供iPSC生长和增殖所需的适当条件，这对于细胞的生长状态、分化潜能、基因组稳定性以及进行后续的实验和应用非常重要，包括mTESR、E8和StemPro等。由Paul Burridge在西北大学开发的B8 weekend-free培养基利用了由Dvorak及其在Masaryk大学和Enantis Ltd的同事开发的热稳定型（耐热型）FGF-2（FGF2-G3），Qkine从Enantis/Masaryk大学获得了FGF2-G3技术，用于iPSC培养和细胞农业等新兴应用。

iPSC基因编辑

利用基因编辑技术对iPSCs进行基因改变的过程以实现特定的研究目的或临床应用。下面是几种常见的iPSC基因工程改造方法：

• CRISPR-Cas9基因编辑：CRISPR-Cas9是一种应用较广的基因编辑工具，可以进行基因敲除、插入或修饰等操作，从而改变iPSC的基因组结构。

• 转基因技术：利用转基因技术可以将外源基因导入到iPSC中。转基因技术可以用于表达特定的蛋白质、标记细胞或操控特定信号通路等。

• 病人特异性突变模型：利用CRISPR-Cas9或其他基因编辑技术，在iPSC中引入病人特异性的突变。这有助于研究特定遗传性疾病的发病机制，以及开发针对这些疾病的治疗策略。

• 基因表达调控：通过基因工程，可以在iPSC中调控特定基因的表达水平。例如，引入特定的启动子或沉默RNA（如shRNA或siRNA），可以增加或降低目标基因的表达。

iPSC分化

iPSC分化是指将诱导多能干细胞引导分化成特定类型的成体细胞或组织细胞的过程。这种分化过程可以模拟人体发育过程中的细胞命运决定，从而产生不同类型的细胞，如心肌细胞、神经细胞、胰岛素产生细胞和肝细胞等。

在iPSC分化的过程中，可以利用特定的培养条件、生化小分子、生长因子、信号通路调控剂和细胞因子混合来引导干细胞朝向特定的细胞类型分化。

AXOL Bioscience在ISO9001:2015认证的生产设施中开发的高质量、一致性的功能性iPSC衍生细胞axoCells，提供的细胞类型主要包括：神经元、神经炎症细胞、心肌细胞和肌细胞，可用于开发药物发现和药物安全测试的体外模型。研究应用领域包括神经科学（如神经退行性疾病和神经炎症性疾病）、疼痛与感觉、心血管等，可用于推动强大的、可扩展的体外人类疾病模型。

细胞表征

细胞表征是指对培养中的iPSC进行描述和分析的过程。这有助于确定这些细胞是否真正具有干细胞特性以及其潜在的多能性。包括三谱系分化、人PSC功能鉴定、人PSC多色流式分析、人三胚层免疫细胞化学分析、人PSC标志物抗体检测等。

工艺开发

生物反应器是细胞疗法产业化中的核心技术。它们通过提供一个高度受控的环境，使得大规模细胞生产成为可能，为细胞治疗和再生医学提供了可靠的生产平台。

从小规模工艺开发到大规模临床和商业化生产，PBS Biotech垂直轮一次性生物反应器是异体细胞治疗的赋能技术，全系列生物反应器包括产品接触材料和软件，生产符合或优于cGMP质量和监管标准。

制剂灌装

随着国内细胞与基因治疗行业不断向前发展，越来越多的客户已经进入临床研究&产品上市阶段，对制剂储存/灌装的需求逐渐增大。

多年前，美国Biolife Solutions集团旗下子公司Sexton Biotechnologies就提出了细胞制剂灌装及冻存的概念模型。如今，Sexton已开发出一系列与细胞制剂相关的灌装和存储设备，以实现细胞制造过程的灵活自动化和规模化，保证终端用户临床试验顺利进行，同时帮助客户减少产品误差和劳动力成本进而加速产品上市。

细胞治疗最终制剂的活细胞药物由于自身的特殊要求，对其容器的材质、无菌性、耐用性、安全性等都有严格要求。美国Sexton品牌CellSeal无菌冷冻冻存管在低温冷冻存储条件下用于保证细胞治疗产品的安全低温保存和存储的性能。目前已被世界范围内的细胞治疗客户所应用，且已参与十几个国家40多种IND药物、2个上市药物（包括中国）的获批项目。

冻存复苏

细胞制剂的冻存与复苏是确保细胞治疗成功的关键步骤。优化的冻存与复苏方法可以较大限度地保持细胞的活性和功能，为后续的临床应用提供高质量的细胞产品。在每个步骤中，严格的操作规范和质量控制至关重要，以确保最终的治疗效果。

Biolife冻存液CryoStor系列是一款用于-70℃至-196℃超低温保存的细胞冷冻保存介质，具有优质的冷冻保护性能。其胞类样配方设计和优化，能够更大限度地减轻细胞在冷冻和解冻过程中受到的冰晶损伤、渗透压力、细胞结构形变等压力，结合Biolife冷冻保存实践方案，从而更好地保护细胞，优化得到复苏后较好的细胞活率和功能恢复。

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