基于誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)的動物模型應(yīng)用研究

張瀚馳

摘要：在近年的科技發(fā)展中，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)不斷發(fā)展，被廣泛地運(yùn)用在生物醫(yī)學(xué)和動物學(xué)等領(lǐng)域。本文首先研究了誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)的動物模型應(yīng)用的意義，進(jìn)而給出誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)下的動物細(xì)胞建模方法，包括嚙齒類動物系，即小鼠，大鼠，靈長類，蹄類動物哺乳動物誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的方法，并研究了制備誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的方法，包括knockkout血清物質(zhì)下的小鼠，逆轉(zhuǎn)錄因子大鼠和豬細(xì)胞多能干細(xì)胞制備過程。

關(guān)鍵詞：誘導(dǎo)性；干細(xì)胞；嚙齒類；哺乳動物；knockkout；血清

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.182

1引言

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stemcells）即采用外源方法導(dǎo)入給定的轉(zhuǎn)錄因子，并把分化之后的細(xì)胞傳入指定的轉(zhuǎn)錄因子中，分化后的細(xì)胞則重新變化為胚胎細(xì)胞模態(tài)。國外科研者最先利用大量實驗得到小鼠的多個轉(zhuǎn)錄因子，并從中獲取四組轉(zhuǎn)錄因子，把小鼠的皮膚細(xì)胞編碼到胚胎肝細(xì)胞內(nèi)。本文從誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞角度獲取細(xì)胞系進(jìn)行研究，具有重要的研究價值。

2誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)下的動物細(xì)胞建模

2.1嚙齒類動物系

2.1.1小鼠制備誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

小鼠是最常用的生物實驗源之一，也最先被用于誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞制備中。在小鼠的胚胎的形成過程中感染兩類質(zhì)粒，其一為攜帶Oct3/4的DNA序列，其二為cDNA序列，可以誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)獲得三胚層瘤，因而可知細(xì)胞的多能特性。但該方法和病毒感染的方法對比，其生成效率約降低了100倍左右。

2.1.2大鼠制備誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

大鼠的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞制備則采用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的方式感染到大鼠的肝上皮細(xì)胞中，并通過傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)基進(jìn)行培育，可獲得堿性磷酸酶完成小鼠細(xì)胞克隆，而后代細(xì)胞則迅速分化，不再具有原有的細(xì)胞形態(tài)。說明傳統(tǒng)細(xì)胞基不能夠保持大鼠細(xì)胞的多能狀態(tài)，并具有往其他區(qū)域分化的潛力。

2.2靈長類哺乳動物誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

我國生物實驗室構(gòu)建了恒河猴的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，即首先運(yùn)用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體搭載四類轉(zhuǎn)錄因子制作病毒懸液，并把病毒懸液濃縮幾十倍，感染成熟后的恒河猴耳皮細(xì)胞，之后的纖維細(xì)胞其初步形態(tài)轉(zhuǎn)變，并將其轉(zhuǎn)移到MEF細(xì)胞中，使得多能干細(xì)胞和猴細(xì)胞有類似的基因表達(dá)模式。通過大量實驗，絨猴和黑猩猩等靈長類動物均構(gòu)建了相應(yīng)的多能干細(xì)胞體系。

2.3蹄類動物誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

豬的身體器官和人類接近，能夠作為研究人類疾病的良好模型和器官移植的重要來源，因而構(gòu)建家畜的多能干細(xì)胞體系具有重要的研究價值。對豬多能干細(xì)胞體系的建立即采用四種轉(zhuǎn)錄因子逆轉(zhuǎn)錄病毒載體制備的方法。如一種采用慢毒素的方法，傳染長白豬耳朵構(gòu)成的纖維細(xì)胞或者脊髓細(xì)胞，構(gòu)成相似的基因標(biāo)記方法。

3制備誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

3.1 knockkout血清物質(zhì)下的小鼠多能干細(xì)胞制備過程

knockkout血清物質(zhì)下的小鼠多能干細(xì)胞制備，即在培養(yǎng)液中采用knockkout血清替代物質(zhì)代替FBS獲得小鼠胚胎的系統(tǒng)，并加速多能干細(xì)胞的行程過程。通過不斷分析所獲得的多能干細(xì)胞能夠表達(dá)多能化的標(biāo)記。在第二階段則采用四倍體補(bǔ)償方法培養(yǎng)小鼠，并把選中的多能干細(xì)胞融入小鼠體內(nèi)，通過實驗得到的多能干細(xì)胞方法下的四倍體補(bǔ)償小鼠可經(jīng)過繁殖得到幾百只后代。上述方法可知，多能干細(xì)胞能夠被全部編程獲得和ES細(xì)胞類似的全能性。

3.2逆轉(zhuǎn)錄因子大鼠多能干細(xì)胞制備過程

現(xiàn)有的研究選取WI大鼠與DA大鼠進(jìn)行胚胎構(gòu)成纖維細(xì)胞的方式導(dǎo)入到小鼠的轉(zhuǎn)錄基因之中，將感染后的小鼠放入培養(yǎng)基中，并加入大鼠的白血病抑制逆轉(zhuǎn)錄因子完成大鼠多能干細(xì)胞制備，連續(xù)一周的培養(yǎng)后，可出現(xiàn)類似Es細(xì)胞狀態(tài)的大鼠多能干細(xì)胞克隆。然后將獲得的細(xì)胞注入到大鼠胚囊之中，最終得到具有遺傳效能的嵌合型大鼠。 3.3豬細(xì)胞多能干細(xì)胞制備過程

豬的生理和遺傳結(jié)構(gòu)和人高度類似，并適合采用克隆方法完成多能干細(xì)胞制備，具有引領(lǐng)新科技的趨向。采用克隆方法將采用多能干細(xì)胞制備得到的胚胎克隆到母豬身體中完成孕育過程，但實驗結(jié)果尚未有成功分娩的小豬，其原因在于基因沉默妨礙了胚胎的正常發(fā)育?？蒲姓甙讯嗄芨杉?xì)胞分化了四到六天之后，使得細(xì)胞推出快速細(xì)胞周期后進(jìn)行核轉(zhuǎn)移，可解決上述問題。

4總結(jié)

多能干細(xì)胞技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并在生物科學(xué)領(lǐng)域獲得了很多重大的突破。當(dāng)前很多動物源多能干細(xì)胞已制備成功。主要包含嚙齒類，靈長類和蹄類動物，并對人類特殊疾病治愈提供了研究基礎(chǔ)。

本文研究了基于誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)的動物模型應(yīng)用研究的意義，分析了誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞技術(shù)下的動物細(xì)胞建模的方式，包含嚙齒類動物系，小鼠，大鼠，靈長類哺乳動物和蹄類動物誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的過程。進(jìn)而給出制備誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的具體方式，包括knockkout血清物質(zhì)下的小鼠多能干細(xì)胞制備過程，逆轉(zhuǎn)錄因子大鼠多能干細(xì)胞制備過程和豬細(xì)胞多能干細(xì)胞制備過程。