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“不可見”的多能干細胞，這是生物工程的一項壯舉，在實驗室研究中可以防止干細胞移植的排斥。因為這些“通用”干細胞可以比為每位患者量身定制的干細胞更有效地制造 - 這種個性化方法主導(dǎo)了早期的努力 - 它們使再生醫(yī)學(xué)的承諾更接近現(xiàn)實。

“科學(xué)家經(jīng)常吹噓多能干細胞的治療潛力，它可以成熟到任何成人組織，但免疫系統(tǒng)一直是安全有效干細胞治療的主要障礙，”醫(yī)學(xué)博士，醫(yī)學(xué)博士，醫(yī)學(xué)博士，醫(yī)學(xué)博士，醫(yī)學(xué)博士，加州大學(xué)舊金山分校心臟外科主席，新研究的主要作者，于2月18日在Nature Biotechnology雜志上發(fā)表。

免疫系統(tǒng)是無情的。它被編程為根除它認為是外星人的任何東西，保護身體免受傳染因子和其他入侵者的侵害，如果給予自由，可能會造成嚴(yán)重破壞。但這也意味著移植的器官，組織或細胞被視為一種潛在危險的外來入侵，它總是引起強烈的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致移植排斥。當(dāng)發(fā)生這種情況時，據(jù)說捐贈者和接受者 - 用醫(yī)學(xué)術(shù)語 - “組織相容性不匹配”。

“我們可以使用能夠抑制免疫活性并減少排斥反應(yīng)的藥物。不幸的是，這些免疫抑制劑使患者更容易感染和患癌癥，”該研究的資深作者，加州大學(xué)舊金山分校移植主任Sonja Schrepfer博士解釋說。和研究時的干細胞免疫生物學(xué)(TSI)實驗室。

在干細胞移植領(lǐng)域，科學(xué)家曾經(jīng)認為排斥問題是由誘導(dǎo)多能干細胞(iPSCs)解決的，這種干細胞是由完全成熟的細胞(如皮膚或脂肪細胞)產(chǎn)生的，這些細胞以允許它們的方式重新編程。發(fā)展成任何構(gòu)成身體組織和器官的無數(shù)細胞。如果將來自iPSCs的細胞移植到捐獻原始細胞的同一患者體內(nèi)，那么人們會認為移植的細胞是“自我”，并且不會發(fā)生免疫攻擊。

但實際上，iPSC的臨床應(yīng)用已證明是困難的。由于尚未了解的原因，許多患者的細胞證明不接受重編程。此外，為每位受益于干細胞治療的患者生產(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胞能夠重新編程，但大多數(shù)科學(xué)家認為它還不能可靠地完成，”Deuse說。“因此，大多數(shù)個體化iPSC治療方法已被放棄。”

Deuse和Schrepfer想知道是否有可能通過創(chuàng)建可用于任何需要它們的患者的“通用”iPSC來回避這些挑戰(zhàn)。在他們的新論文中，他們描述了在僅僅三個基因的活動被改變之后，iPSC在被移植到具有完全功能免疫系統(tǒng)的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)計出可以普遍移植的細胞，并且可以在免疫功能正常的受體中存活而不會引起免疫反應(yīng)，”Deuse說。

研究人員首先使用CRISPR刪除兩個基因，這兩個基因?qū)τ诜Q為主要組織相容性復(fù)合體(MHC)I類和II類的蛋白質(zhì)家族的正常功能至關(guān)重要。MHC蛋白質(zhì)位于幾乎所有細胞的表面，并顯示分子信號，幫助免疫系統(tǒng)區(qū)分闖入者與天然嗜血者。缺少MHC基因的細胞不會出現(xiàn)這些信號，因此它們不會注冊為外來信號。然而，缺失MHC蛋白的細胞成為被稱為自然殺傷(NK)細胞的免疫細胞的靶標(biāo)。

與劉博士教授合作，研究合著者，加州大學(xué)舊金山分校微生物學(xué)和免疫學(xué)系主任，以及激活和抑制NK細胞活性的信號專家 - Schrepfer的研究小組發(fā)現(xiàn)CD47是一種細胞表面蛋白作為一種“不吃我”的免疫細胞信號稱為巨噬細胞，對NK細胞也有很強的抑制作用。

研究人員相信CD47可能是完全關(guān)閉排斥反應(yīng)的關(guān)鍵，研究人員將CD47基因加載到一種病毒中，該病毒將基因的額外拷貝傳遞給MHC蛋白被淘汰的小鼠和人類干細胞。

CD47確實被證明是這個難題的缺失部分。當(dāng)研究人員將他們的三重工程小鼠干細胞移植到具有正常免疫系統(tǒng)的錯配小鼠時，他們沒有觀察到排斥反應(yīng)。然后，他們將類似工程化的人類干細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，以模仿人體免疫力 - 并再次觀察到?jīng)]有排斥反應(yīng)。

此外，研究人員從這些三重工程干細胞中衍生出各種類型的人類心臟細胞，并將它們再次移植到人源化小鼠體內(nèi)。干細胞衍生的心肌細胞能夠?qū)崿F(xiàn)長期存活甚至開始形成基本的血管和心肌，這提高了三天工程干細胞可能有一天被用于修復(fù)衰竭心臟的可能性。

“我們的技術(shù)解決了干細胞和干細胞衍生組織的排斥問題，并代表了干細胞治療領(lǐng)域的一大進步，”Deuse說。“我們的技術(shù)可以使更廣泛的人受益，其生產(chǎn)成本遠低于任何個性化方法。我們只需要制造我們的細胞一次，我們留下的產(chǎn)品可以普遍應(yīng)用。”