干細胞療法進展及小分子在干細胞治療中的應用
干細胞是一種未分化的細胞，具有分化為多種類型細胞的潛力。干細胞療法是一種利用干細胞或其衍生細胞，對患病、失調(diào)或者損失組織進行修復的移植治療方法。干細胞具有多向分化潛能以及免疫調(diào)節(jié)能力，其應用療法彌補了目前傳統(tǒng)化學藥物的不足，在結(jié)腸炎、糖尿病、關節(jié)炎、肝硬化、腎臟、心臟病、慢性阻塞性肺疾病等慢性疾病的治療帶來了新希望[1]。因此隨著技術和研究的發(fā)展，干細胞療法領域的優(yōu)勢日益凸顯，受到了極高的關注[1] 。目前全球已有超 40 款干細胞藥物上市，涉及適應癥廣泛，包括膝關節(jié)軟骨損傷、移植物抗宿主病、I 型糖尿病等 (表 1)。
表 1. 部分上市干細胞產(chǎn)品信息
誘導多能干細胞 (induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs) 是干細胞的一種，通過基因編輯將終末分化的體細胞去分化重編程獲得[2]。誘導多能干細胞技術的問世解決了免疫排斥的風險和倫理爭議的問題，因此 2006 年日本科學家中山伸彌報道以來，iPSCs 就成為了干細胞研究領域的研究熱點。目前臨床實驗中有 111 項 iPSCs 相關的在研項目[3]，主要應用于治療退行性疾病和對損傷組織、細胞的修復，例如脊髓損傷、黃斑病變、血小板減少癥、關節(jié)軟骨損傷等疾病[2,4-5]。 盡管 iPSCs 具有很大的治療潛力，但其在重編程過程中所引入基因?qū)е?iPSCs 來源的細胞在移植后形成腫瘤或腫瘤樣病變，因此基因編輯重編程技術在臨床研究上的安全性有待商榷。2013 年，北大鄧宏魁團隊報道了通過小分子誘導，利用 CHIR99021、Y-27632、E-616452 (RepSox) 等小分子抑制 GSK3β、ROCK、TβRI 等靶點，將體細胞重編程為多潛能干細胞 (Chemically induced Pluripotent Stem Cells, CiPSCs)[6]，并在今年成功完成了人 CiPSCs 的誘導[7]。相較于傳統(tǒng)的方法，化學小分子誘導的方法規(guī)避了轉(zhuǎn)基因操作帶來的潛在遺傳風險，并且具有易操作、可精準調(diào)控等優(yōu)點，更能適應于臨床上的規(guī)范化和標準化要求，是再生醫(yī)學的全新領域。
圖 1. 人體細胞化學重編程誘導人 CiPSCs[7]
利用小分子抑制纖維細胞的特征、促進細胞增殖能力和激活去分化相關基因，分階段使用不同組合的小分子逐步誘導人體細胞重編程為人化學誘導多能干細胞
在干細胞療法中，化學小分子誘導的應用不僅展示在多能干細胞的重編程上，也在干細胞衍生細胞的定向分化誘導中起到了至關重要的作用。截止目前為止，小分子化合物在干細胞療法中可以發(fā)揮以下的作用 (圖 2)：
a. 引入新的重編程方法，加速誘導多能干細胞的產(chǎn)生[6-7]；b. 維持體外培養(yǎng)干細胞的分化潛能和自我更新能力[8]；c. 誘導干細胞的定向分化[9]；d. 誘導成體細胞轉(zhuǎn)分化成為另一種成體細胞[10]。
圖 2. 小分子化合物與干細胞療法
在干細胞調(diào)控中，小分子化合物具有以下不可替的優(yōu)點： a. 成本低、儲存方便，純度高，批次間的穩(wěn)定性好；b. 作用快：小分子可滲透細胞，相較于基因編輯法作用效果更快，縮短了重編程和分化的時間；c. 安全性更高：小分子不存在傳統(tǒng)基因編輯法的遺傳風險；d. 時空調(diào)控性強：小分子化合物誘導效果會隨著濃度和時間的變化而改變，在不同的實驗方案中會起到不一樣的效果，并且生物學效果可逆。小分子化合物在標準化和規(guī)�；苽浼毎隙加兄薮蟮膬�(yōu)勢，是細胞療法的重要輔助材料。在干細胞治療的應用研究中，保證原材料的穩(wěn)定和質(zhì)量對于細胞標準化制備來說至關重要。現(xiàn)在 MCE 推出了 Good Manufacturing Practice (GMP) 級別的小分子化合物，按照 ICH Q7[11] 指南相關章節(jié)進行生產(chǎn)，保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量、生產(chǎn)可追溯性以及批次間的穩(wěn)定性和一致性。
MCE 提供的 GMP 小分子化合物可用于干細胞的重編程、干性維持、轉(zhuǎn)分化、增殖擴增和定向分化，可以降低后期臨床實驗中試劑轉(zhuǎn)化的風險和成本。
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相關產(chǎn)品 |
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是 GMP 級別的 Laduviglusib。Laduviglusib 是一種 GSK-3α/β 抑制劑。可誘導成纖維細胞向神經(jīng)細胞轉(zhuǎn)化；誘導成纖維細胞、腎源類器官轉(zhuǎn)化成多能干細胞；誘導多能干細胞向成肌細胞、胰島細胞的分化；維持體外培養(yǎng)多能干細胞的干性和增殖能力。 |
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是 GMP 級別的 Y-27632 dihydrochloride。Y-27632 dihydrochloride 是一種 ATP 競爭性的 ROCK 抑制劑，可增強人多潛能干細胞向肌源性細胞分化能力。 |
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是 GMP 級別的 XAV-939。XAV-939 是一種 Tankyrase 抑制劑，對 TNKS1 和 TNKS2 具有抑制活性�？烧T導人多能干細胞分化為功能性神經(jīng)元；促進多能干細胞向成骨細胞分化的能力。 |
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是 GMP 級別的 SB-431542。SB-431542 是一種 TGF-β 受體激酶抑制劑，可誘導人多能干細胞向胰島細胞、功能性神經(jīng)細胞分化。 |
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是 GMP 級別的 LDN193189。LDN193189 是一種選擇性的 BMP I 型受體抑制劑，可誘導人多能干細胞向胰島細胞、造血祖細胞的分化。 |
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是 GMP 級別的 RepSox。RepSox 是一種 TGF-β-RI/ALK5受體激酶抑制劑，可誘導人多能干細胞向胰島細胞、功能性神經(jīng)細胞分化。 |
參考文獻
[1] Mousaei Ghasroldasht M, et al. Stem Cell Therapy: From Idea to Clinical Practice. Int J Mol Sci. 2022;23(5):2850.[2] Current status and future directions of clinical applications using iPS cells—focus on Japan[J]. The FEBS Journal.
[3] Mandai M, et al. Autologous Induced Stem-Cell-Derived Retinal Cells for Macular Degeneration. N Engl J Med. 2017 Mar 16;376(11):1038-1046. [3] https://clinicaltrials.gov/
[4] Nakamura S, et al. Ex vivo generation of platelet products from human iPS cells. Inflamm Regen. 2020 Dec 1;40(1):30.
[5] Japan Agency For Medical Research and Development(2020) Clinical trial with human ES cells for congenitalurea cycle disorder, 20200521
[6] Hou P, et al. Pluripotent stem cells induced from mouse somatic cells by small-molecule compounds. Science. 2013, 341(6146):651-4.
[7] Guan J, et al. Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells. Nature. 2022 May;605(7909):325-331.
[8] Du Y, et al. Human pluripotent stem-cell-derived islets ameliorate diabetes in non-human primates. Nat Med. 2022;28(2):272-282.
[9] Dunn NR. Self-renewal made simple. Cell Stem Cell. 2008;3(1):7-8.
[10] Cao N et al. Conversion of human fibroblasts into functional cardiomyocytes by small molecules. Science. 2016;352(6290):1216-1220.
[11] https://www.ich.org/page/quality-guidelines
原文參考：https://www.medchemexpress.cn/literature/mce-GMP-Stem-cells-tools.html
