CRISPR創(chuàng)造了第一個對免疫系統(tǒng)功能性“隱身”的多能干細(xì)胞
加州大學(xué)舊金山分校的科學(xué)家們利用CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)創(chuàng)造了第一個對免疫系統(tǒng)功能性“隱身”的多能干細(xì)胞，這是生物工程的一項壯舉，有助于幫助實驗室研究防止干細(xì)胞移植排斥的出現(xiàn)。這些“通用”干細(xì)胞比為每位患者量身定制的干細(xì)胞更有效地完成個性化醫(yī)療，實現(xiàn)再生醫(yī)學(xué)。
這一研究成果公布在2月18日的Nature Biotechnology雜志上，由加州大學(xué)舊金山分校心臟外科主任Julien I.E. Hoffman博士等人領(lǐng)導(dǎo)完成， Hoffman博士說，“科學(xué)家經(jīng)常吹噓多能干細(xì)胞的治療潛力，比如說它可以形成任何成體組織，但是免疫系統(tǒng)不這么認(rèn)為，它一直都是安全有效進(jìn)行干細(xì)胞治療的主要障礙之一?！?/span>
免疫系統(tǒng)一方面能保護(hù)我們免受外來入侵物的傷害，如果沒有它，我們?nèi)梭w無法正常運行；但另外一方面，這也意味著移植的器官，組織或細(xì)胞會被認(rèn)作是具有潛在危險的外來物，因此會引發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致移植排斥，這也就是臨床上所說的“組織相容性不匹配（histocompatibility mismatched）”。
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為此我們只能服用抑制免疫活性并減少排斥反應(yīng)的藥物。但不幸的是，這些免疫抑制劑使患者更容易感染和患上癌癥。
干細(xì)胞移植領(lǐng)域科學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為排斥問題可以通過誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）解決，這種干細(xì)胞是由完全成熟的細(xì)胞（如皮膚或脂肪細(xì)胞）重新編程得來的，可以發(fā)育成任何構(gòu)成身體組織和器官的細(xì)胞。如果將來自iPSCs的細(xì)胞移植到捐獻(xiàn)原始細(xì)胞的同一患者體內(nèi)，那么人們會認(rèn)為移植的細(xì)胞是“自我”，不會發(fā)生免疫攻擊。
但實際上，iPSC的臨床應(yīng)用已證明這很困難。由于尚未了解的原因，許多患者的細(xì)胞被證明無法進(jìn)行重編程，而且為每位進(jìn)行干細(xì)胞治療的患者生產(chǎn)iPSC既昂貴又耗時。
“iPSC技術(shù)存在許多問題，但最大的障礙是質(zhì)量控制和可重復(fù)性。我們不知道是什么讓一些細(xì)胞能夠重新編程，但大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為這還是不太可靠。因此，大多數(shù)個體化iPSC治療方法已被放棄?！?/span>
為此，研究人員嘗試通過創(chuàng)建“通用”iPSC來回避這些問題，在最新研究中，他們發(fā)現(xiàn)在僅僅三個基因的活性被改變后，將iPSC移植到具有完全免疫系統(tǒng)功能組織相容性不匹配的受體后能夠避免排斥。
“這是第一次有人設(shè)計出可以普遍移植，在免疫功能正常的受體中存活而不會引起免疫反應(yīng)的細(xì)胞，”作者表示。
具體來說，研究人員首先利用CRISPR刪除兩個基因，這兩個基因?qū)τ谥饕M織相容性復(fù)合體（MHC）I類和II類蛋白質(zhì)家族的正常功能至關(guān)重要。MHC蛋白質(zhì)位于幾乎所有細(xì)胞的表面，攜帶幫助免疫系統(tǒng)區(qū)分入侵者與本體的分子信號。缺少MHC基因的細(xì)胞不會出現(xiàn)這些信號，因此它們不會標(biāo)記外來者。然而，缺失MHC蛋白的細(xì)胞會成為自然殺傷（NK）細(xì)胞這種免疫細(xì)胞的靶標(biāo)。
加州大學(xué)舊金山分校的Lewis Lanier教授是一位信號學(xué)專家，其研究組曾發(fā)現(xiàn)CD47（一種細(xì)胞表面蛋白）能作為針對巨噬細(xì)胞的“別吃我”信號，對NK細(xì)胞也有很強(qiáng)的抑制作用。
研究人員認(rèn)為CD47可能是完全關(guān)閉排斥反應(yīng)的關(guān)鍵，因此他們將CD47基因加載到一種病毒中，傳遞給MHC蛋白缺失的小鼠和人體干細(xì)胞。
實驗結(jié)果證實了他們的假設(shè)，CD47確實是這個難題的缺失部分。當(dāng)研究人員將三重修飾過的小鼠干細(xì)胞移植到具有正常免疫系統(tǒng)的錯配小鼠時，結(jié)果沒有觀察到排斥反應(yīng)。然后，他們又將類似調(diào)整過的人類干細(xì)胞移植到所謂的人源化小鼠體內(nèi)，這些小鼠的免疫系統(tǒng)已經(jīng)被人體免疫系統(tǒng)的成分所取代，也沒有排斥反應(yīng)。
此外，研究人員利用這些干細(xì)胞中分化出各種類型的人類心臟細(xì)胞，并將它們再次移植到人源化小鼠體內(nèi)。干細(xì)胞分化的心肌細(xì)胞能夠?qū)崿F(xiàn)長期存活，甚至開始形成基本的血管和心肌，這為修復(fù)衰竭心臟帶來了希望。
“我們的技術(shù)解決了干細(xì)胞和干細(xì)胞衍生組織的排斥問題，這是干細(xì)胞治療領(lǐng)域的一大進(jìn)步，”Deuse說。 “我們的技術(shù)可以使更多的患者受益，其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于其它任何個性化方法。我們只需要制造我們的細(xì)胞一次，得到的產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用。