文摘
诱导多功能干细胞疗法治疗遗传疾病已经成为最近几年一个有趣的研究领域。然而,有一个缺乏信息的适用性在牙科研究诱导多能干细胞。诱导多能干细胞的使用最新进展有可能对发展中针对疾病的iPSC线在体外从病人。的确,这提供了一个完美的细胞源疾病建模和更好的理解基因畸变,致病性和药物筛选。在这篇文章中,我们将总结的最新进展,针对疾病的iPSC发展各种人类疾病和试图评估iPS技术在牙科中的应用的可能性,包括其重编程基因orodental疾病的能力。除了简单的可用性和适用性的牙齿干细胞,生成特定的多能干细胞的方法无疑将orodental障碍患者受惠。
1。介绍
人类胚胎干细胞(为其多能细胞,分化成任何细胞具有显著的增殖能力类型的所有三个胚芽层定义的文化条件。因此胚胎干细胞被认为是最有效的工具,用于实验研究,药物筛选和再生医学1]。然而,道德困境的捐赠或破坏人类胚胎的immunoincompatibility为阻碍其应用在细胞疗法1]。为了克服这些问题,介绍了在体细胞重编程技术可以逆转到多能性干细胞的状态。人们普遍认为,诱导多功能干细胞(iPSC)细胞可能表明潜在的缓解无法治愈的疾病和帮助器官移植(2]。
它已被证明可以有效地从各种人类细胞类型的细胞则(3- - - - - -8]。一个有趣的观察是,转录和万能的表观遗传特征是类似于为其9- - - - - -11]。然而,进一步洞察内在异同为,则将有利于理解的原因为其在临床的使用和转化应用一直阻碍(12,13]。
2。代的诱导多能干细胞
诱导多能干细胞可以迫使某些基因的表达产生的扭转他们多能性状态类似于胚胎干细胞(ESCs)。然而,iPSC的生成需要非常安全、有效的方法或策略来降低肿瘤的风险可能导致的未分化的细胞则引入病人。尽管这种约束占上风,生成特定的多能细胞的方法无疑将在许多方面受益再生医学(14]。第一代的细胞则是由高桥和山中(152006年)。他们生成的细胞则通过同时超表达的转录因子使用细胞系来自老鼠。类似的遗传操作方法是用于生成多能干细胞从人类成纤维细胞(11,13,16]。除了这种方法,其他方式也被设计为一代的细胞则包括;单多顺反子向量(17),nonintegrating adenoviral APS方法(18,19),PiggyBac转座子系统消除了转基因从建立iPSC线后诱导多能性20.,21),Cre / lox Precombination系统(22],nonintegrating“游离”向量创建则免费矢量和转基因DNA (23]。因为这些方法完全依赖外源DNA转移到目标细胞,蛋白质的方法介绍了解决安全问题。交付这些方法各种重组蛋白进入细胞通过接合的短肽介导蛋白质转导,如艾滋病毒乙和polyarginine [24,25]。此外,另一种方法被描述使用合成信使rna诱导多能性和分化26]。这种新方法显示优越的转换效率和动力学比早些时候描述协议。这种模式的细胞重新编程是一个全面的方法转移所有监管组件从靶细胞供体细胞。此外,细胞重新编程是通过操纵整个基因组系统而不是少量的主基因。
因此找到一个安全的和有效的方式生成的细胞则需要一个更好的理解生物学的细胞重新编程。即使活细胞的表型表达基因状态(基因调控、表观遗传修饰、细胞生理学),他们没有一个稳定的分子状态(27]。因此,细胞可以被交换或重组到多能性状态,即使在他们分化形式。
3所示。iPSC的特征线
代iPSC行总是跟进后续的纯度和质量特征,以确保生成的细胞和多能性的潜力。最方便和直接的方法开发的检测和隔离iPSC是活免疫细胞化学(28]。使用这种技术的描述多能性可以通过使用细胞内和细胞表面标记物,如SSEA-3 SSEA-4 Tra-1-60,交易- 1 - 81 (29日]。此外,流式细胞术分析有助于量化这些标记在个体细胞的表达水平。
除了生活染色,辅助鉴定证明使用碱性磷酸酶(美联社)重组因子染色,美联社的通用标记识别万能的29日]。多能性的进一步评估是通过半定量和定量聚合酶链反应(pcr)通过内源性基因和转基因的表达(30.]。接着,分析多能性基因的启动子区域的甲基化状态的酸性亚硫酸盐测序CpG岛(29日]。使用标准G-banding染色体核型分析分析也进行了分析,以确定染色体稳定性的诱导多能干细胞(29日]。此外,在体外分化的多能干细胞的特征是胚状体的形成身体其次是畸胎瘤化验(30.]。这个试验是用来证实所有三个胚胎胚芽层的形成(30.]。
4所示。针对疾病的万能的进步及其应用
尽管大多数的人类疾病研究使用啮齿动物模型,进行遗传缺陷或疾病在人类生产并不一定导致啮齿动物相同的症状。因此,从人体组织细胞培养被认为是最合适的补充动物模型。iPSC技术使得生产针对疾病的干细胞携带捐赠的基因组,它模仿了人类疾病更可靠的动物模型。除了生成一个在体外疾病模型,研究不同个体的诱导多能干细胞也允许更好的理解疾病的性质和复杂性。目前最直接的需求这样的人类疾病模型探索疾病的发展在不同的人体组织,也比较变化患者(2]。
5。现有的类型的特定疾病iPSC线
许多研究已经进行特定疾病iPSC线条和其中一些疾病的机制提供了理解。表1总结了最新的文献中,人类疾病特性iPSC线已经生成。最令人信服的事实开始这些研究使用iPSC技术,针对疾病的多功能细胞系可以生成成功地从各种遗传病患者iPSC线路容量也有类似的特点,相当于那些从一个正常的个体11]。此外,这些iPSC线能够分化成所需的细胞类型相关的疾病和概括特定疾病的影响在体外这可能不是可检测在动物模型31日,32]。
6。iPS技术在牙科研究的视角
最初的概念,利用万能技术模型疾病主要是强调在神经退化性疾病,随后扩展到其他遗传疾病包括免疫系统,肌肉,血液,胰腺、皮肤、骨髓、肝、肺、视网膜,过早老化,以及其他身体和智力障碍。然而,利用万能干细胞技术的概念仍然是处于起步阶段orodental疾病和疾病。慢性退行性牙科疾病普遍存在在人类和代表对公共卫生的一个重要问题。iPS技术及其应用在治疗orodental疾病可能是一个强大的牙科治疗的工具。
大多数的疾病和疾病有一个主要的遗传因素。人类疾病和失调可能导致从单基因突变,但更常见的是复杂的多基因基因或基因-环境相互作用[60]。多数orodental疾病的原因可能是基因相关,如果不考虑感染和创伤性影响。这些疾病的症状和体征特点表明遗传起源(61年- - - - - -63年),尽管并不是所有被明确指出。
在全球范围内,每年平均7%的婴儿有一些心理或生理缺陷。其中,75%是与颅面缺陷或畸形(64年]。再次牙科异常,这种遗传疾病的形成一个积分方面,经常代表重要的临床线索真正的潜在障碍。具体是有据可查的例子包括(1)外胚层发育不良(65年)与牙科少牙的表现和锥形形状的牙齿和(2)cleidocranial与多个额外和unerupted牙齿发育不良(66年,67年]。因此,有必要对牙医需要注意的临床特点及可能的改变遗传综合症的一部分,这样他们可以提供病人多学科和最好的治疗。的一些记录的例子这些类型的直接或间接遗传改变导致牙齿缺陷表中列出2。
可能,iPSC具有潜在的治疗这种基因orodental疾病,围的可用性适合针对疾病的万能的患病的人能够繁殖,合作和改革缺失或患病的部分。不过,多种类型的干细胞/祖细胞已确定基于他们的能力/再生和修复部分恢复人体的器官功能,越来越多的证据表明干细胞主要发现在利基市场和某些组织包含比其他人更多的干细胞(94年]。
7所示。牙齿干细胞利基市场作为人类万能的潜在来源的一代
个性化医疗的基础深刻地躺在采购最合适的细胞来源。在人体内,各种细胞来源已被证明重组到iPSC。其中包括真皮成纤维细胞、细胞类型的第一个被重组成iPSC,其次是其他来源如羊膜fluid-derived细胞,皮肤角化细胞,胚胎干细胞的成纤维细胞(养),CD34血液细胞,间充质干细胞(msc)和牙髓7]。然而,研究显示,更容易比体细胞不成熟的细胞重新编程。因此巨大的研究进行了完善的方法论iPS技术在技术方面,效率和细胞类型的选择。据报道,人类成纤维细胞重编程效率相对较低,而角化细胞的重编程过程更有效地生成iPSC殖民地100倍和2倍速度比人类成纤维细胞(95年]。这样的疗效差异的可能原因是角质细胞干细胞相关基因的表达水平比成纤维细胞类似于ESC (95年]。
类似的同类研究报道,牙科tissue-derived mesenchymal-like干细胞可以重组成万能更有效率,相比其他成熟体细胞等人体新生儿包皮成纤维细胞,成人msc、和成人真皮成纤维细胞(7]。这可能是因为所需的时间和其他因素的重编程体细胞对iPS变化很大程度上取决于细胞的上下文。例如,msc的重编程体细胞来源上面提到的需要添加hTERT(端粒酶反向转移酶)和SV40大t变成万能,而牙齿tissue-derived细胞不仅以同样的方式(7]。也许这强调牙髓的使用是最可行的,丰富的间充质干细胞用于再生疗法,因为它们容易乏味的收集过程相比其他体细胞。
牙齿干细胞可以很容易地获得纸浆的脱落乳牙(流)或提取主(SCD)和永久(DPSC),顶端乳头(SCAP),牙细菌,和人类牙周韧带。事实上,所有这些细胞可以成功重组为“诱导多能性”细胞(94年]。最近的一份报告中进一步加强dental-derived干细胞的潜力,重组的人类未成熟的牙髓干细胞(hIDPSCs)是成功的在一个短时帧相比人类成纤维细胞脱落,DPSC。此外,主hIDPSC-iPSC殖民地甚至都容易获得feeder-free条件下从xenoenvironment消除污染的可能性95年]。生理上完整的牙髓干细胞可以分化成功先进的所有三个主要胚芽层衍生品(成牙质细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌细胞、神经细胞、脂肪细胞、角膜上皮细胞,黑色素瘤细胞,iPSC)(参考评论,94年])。集体,其多能——高扩散率和可访问性使牙齿干细胞的一个有吸引力的间充质干细胞来源ip的一代。因此dental-derived干细胞应该视为战略在未来再生疗法。的示意图表示人类一代的细胞则从牙齿干细胞及其应用各种治疗方法如图1。
8。针对疾病的万能的治疗潜力基因Orodental疾病/障碍
突变已被证明在大多数orodental疾病起到主导作用列在下表中2和这些基因导致疾病的可能从iPS技术中获益最大。的一个主要焦点目前的干细胞疗法是基因修正,这将是一个永久的解决方案。例如则表明其治疗疾病的治疗性能力纠正潜在的遗传缺陷,成功地展示了在镰状细胞性贫血小鼠模型(96年]。有缺陷的基因被野生型所取代β通过同源重组球蛋白。令人惊讶的是,基因修正iPSC-derived造血祖是有效改善和恢复患病动物的生理功能。这一原则的证明与Fanconi贫血,还介绍了在人类个体疾病的特点是严重的遗传不稳定性(54]。因此,这种方法可以应用于任何遗传疾病潜在的人体。最近的研究也表明发展人类的可能性内胚层tissue-derived iPSC线。连同其他建立人类细胞则行,这提供了一个基础,阐明细胞重编程的机制和研究不同的安全性以及效率源自人类万能(27]。研究肝发病机制使用万能技术提供了一个较易应付的系统生成肝特异细胞系。能力开发等特异干细胞模型可以用于疾病建模有助于复杂的发病机制的研究和药物筛选的目的27]。同样,研究也进行了神经退行性疾病如帕金森氏症和视网膜疾病(色素性视网膜炎;旋转萎缩)(表1)。
大多数临床治疗和治疗神经紊乱,视网膜,肝脏、糖尿病、骨骼,和组织畸变主要是只专注于特定的人体组织的各个方面。然而,这些障碍orodental表现。此外,大多数的确定基因orodental疾病也遇到类似问题的其他障碍。在这种情况下,使用iPSC疗法治疗这类疾病,也可以认为是早些时候申请orodental疾病。再生医学的承诺orodental疾病与干细胞疗法的潜在适用性增强牙科,这可能提供了一个理想的解决特定的问题。例如,一个不成熟与广泛的冠和牙髓损伤可以通过牙齿的再生组织是可逆的。同样,再生再吸收根、颈或顶端牙质,牙周再生,whole-tooth再生,修复和替代颅面骨的缺陷可以促进恢复生理结构完整性(97年]。例如,成功的牙周组织的再生,牙槽骨、牙骨质、牙周韧带已经通过使用自体牙周韧带间充质干细胞(PDL-MSCs),当移植(没有不利的影响98年]。考虑这样的成功尝试利用组织工程技术,采用先进的“诱导多能性”细胞技术,更加丰硕的优势可以用于细胞移植疗法和基因修正orodental紊乱。
再生orodental组织依赖于四个基本组件。适当的信号,细胞、血液供应和支架,需要目标组织现场缺陷的99年]。这四种元素发挥根本性作用失去了组织的重建和恢复。细胞提供新的组织生长和分化的机械,而生长因子调节细胞活动和刺激细胞分化以及生产组织矩阵(99年]。新血管组织为组织生长提供营养的基础和支架指南和创建一个模板结构在三维空间的时候促进组织再生过程(99年]。组织工程策略使用这个基本的细胞移植方法可以成功地应用各种各样的口腔结构如骨、牙周韧带,口腔黏膜、皮肤和牙齿。此外,这些细胞也可以转基因体外利用ip技术,从而合并干细胞技术和精密的基因治疗,口服遗传疾病的新治疗方法是可能的。这冲动iPS技术使用的可能性,因为他们可以利用不仅对牙科相关问题,但可能促进nondental组织如骨骼和神经的修复(61年,One hundred.,101年]。
因此,如果我们可以尝试真正的可能性体外遗传操作,则将是最强大的治疗工具的各种牙科疾病还有待调查。在这方面,它是有价值的建立针对疾病的iPSC线,最好是遗传牙科疾病,全面评估他们的疾病建模潜力。因此基础研究计划需要确定iPS技术的应用在遗传orodental障碍,需要广泛的项目,可以定向到牙科疾病的各个方面及其遗传原因。
9。结论
尽管有研究报道成功的一代的特异iPSC线从个人与不同的疾病,疾病有效的建模只有一些研究已经证明。iPSC orodental疾病模型的发展仍然是一个新概念。这样的iPSC模型的可用性将导致更好的理解的性质和行为orodental疾病。可能的机会探索iPS技术在治疗orodental疾病会导致人口的一大收获。
承认
工作是一个正在进行的项目的一部分在马来亚大学的支持下,高影响高等教育研究部门、马来西亚(UM.C / HIR /邻蒙古/削弱/ 01)。