用于再生医学的新一代诱导多能干细胞

胚胎干细胞或诱导的多能干细胞是产生细胞衍生物以再生衰竭器官的无限来源。然而，这种细胞移植会受到受体免疫系统的免疫排斥。来自旧金山加利福尼亚大学的Drs Sonja Schrepfer和Tobias Deuse开发了新一代免疫编辑的诱导多能干细胞，它们可以构成普遍兼容的细胞产物的来源。

干细胞具有独特的培养、扩增和分化为多种组织特异性细胞的能力。它们在治疗多种疾病方面具有巨大的潜力，其中关键细胞在疾病过程中死亡或消失。再生细胞疗法的目的是移植或注射健康的细胞产品来替代或再生受损或丢失的细胞或组织。再生细胞疗法的主要候选者包括心力衰竭（正在进行心肌细胞移植试验）和1型糖尿病（正在开发胰岛细胞和胰岛），等等。

免疫原性是作为抗原的外来细胞或蛋白质激发免疫应答的能力，这是细胞移植的主要挑战之一。免疫反应导致免疫排斥，移植细胞被清除。为了使移植的细胞能够长期存活，它们必须不被患者的免疫系统发现，或者被认为是外来的。

干细胞衍生产品可以诱导免疫反应，这可能限制了再生医学方法的成功。

在他们的早期工作中，Schrepfer博士和Deuse博士证明了胚胎干细胞，这一最初被认为是用于治疗的免疫原性较差的细胞的一个非常有前途的来源，可以引起导致排斥的免疫反应。

胚胎干细胞的极限
在植入通常发生在子宫的时间之前，胚胎干细胞（ESC）衍生自早期发育阶段的胚胎。ESC可以在体外分化为多种成人类型，例如心脏细胞或神经元。

主要的组织相容性复合物（MHC）分子是在免疫识别中起关键作用的细胞表面蛋白。这些蛋白质是高性多态性的，并且存在于免疫细胞的内源性肽。如果免疫细胞识别出外来抗原，则诱导对细胞的免疫应答，并且细胞经历细胞毒性杀伤。已被证明ESC表达低水平的MHC抗原，这使得它们更有可能逃避免疫系统。

然而，Schrepfer博士的研究小组表明，ESCs上表达的低水平的免疫原性相关分子仍然足以触发免疫反应并导致排斥反应1。然而，移植的ESCs在缺乏功能性免疫系统的免疫缺陷小鼠中存活2。这一开创性的早期工作引起了干细胞界的注意，并引发了随后与干细胞和再生治疗相关的免疫学研究。

次要组织相容性抗原
Dr Schrepfer和Dr Deuse博士揭示了次要的组织相容性抗原（MHA）可以在细胞移植的背景下作为移植相关的抗原突出。有些MHA可以通过受体的免疫系统识别，即使没有MHC不匹配，也可以诱导免疫应答。

研究小组描述了H-Y mHAs的免疫原性，这种抗原由Y染色体编码，因此只存在于男性体内。这些抗原可引起女性受者的免疫反应。来自雄性小鼠的细胞移植在雄性受体中长期存活，但在同一近交系的雌性受体中却遭到排斥。因此，细胞产品供体的性别应慎重考虑。

分类地避免免疫拒绝问题，许多公司为生成自体细胞产品制造制造能力。产生患者特异性ESC的一种方法是通过体细胞细胞核转移（SCNT）的技术，其将来自患者的体细胞（体）细胞的细胞核转移到ENUCLEATED的卵母细胞中（鸡蛋已被移除的鸡蛋）来自捐助者。经过几天的卵母细胞分裂，可以分离和扩展患者核DNA的ESC。然而，这些ESC含有线粒体，具有自己的DNA的小型细胞器，其来自卵母细胞供体遗传。这种现象的免疫相关性未知，直到SchRepfer博士和Deus Deus Democondrial DNA（MTDNA）4中发现的移植相关MHA。尽管能够产生具有特异性患者特异性DNA的escs和各种组织特异性细胞类型，但如果其MTDNA显示错配，则这种细胞产物受到免疫抑制。SCNT技术显示出不规避细胞移植的免疫障碍。

自体诱导多能干细胞
通过称为重编程的过程从患者的体细胞产生自体诱导多能干细胞（IPSC）。用因子或药剂治疗体细胞，以消除它们的组织特异性表观遗传标记，例如DNA甲基化，并将它们重新掺入未分化的多能表型。这些患者特异性IPSC是完全MHC和MHA与体细胞供体相同。因此，来自自体IPSCs的衍生物应因此不表达外来抗原，并且应避免在该特定患者中免疫排斥。至少这一直是该领域的广泛信仰。

Schrepfer博士和Deuse博士仔细研究了iPSC免疫原性如何受到重编程、体外细胞扩增和细胞分化的影响。这一出乎意料的发现是，体外重编程和大规模细胞扩增允许出现mtDNA编码的新抗原：这些抗原是在此过程中产生的，在体细胞起始细胞中不存在。新抗原出现的机制包括突变和异质性变异漂移，这是所有快速增殖组织中常见的mtDNA现象。据报道，重编程过程中的突变率比静息细胞的突变率高出9倍。此外，DNA修复机制，即细胞保持其遗传密码的完整性，对mtDNA的可靠性不如对核DNA的可靠性，线粒体DNA的突变率是核DNA的10到20倍。在体外细胞操作和扩增过程中缺乏免疫监视被认为会让这些抗原发展并允许它们不受控制的扩增。

线粒体dna只编码13个蛋白质亚基，但是一个细胞只包含两个核基因组副本，它包含大量线粒体，每个线粒体包含几十个线粒体基因组副本，这意味着一个细胞可以包含数千个线粒体基因组副本。由于这种高拷贝数，mtDNA突变可能产生大量的突变蛋白。一旦增加的新抗原负担超过免疫系统的激活阈值，细胞毒性反应就会被触发，自体诱导多能干细胞的衍生物会被排斥。Schrepfer博士和Deuse博士在小鼠和人类身上进行的实验表明，单个DNA碱基的突变(一种被称为单核苷酸多态性的现象，简称SNP)足以使突变蛋白充当抗原，引发免疫反应。因此，高度推荐在自体细胞产品制造过程中彻底的质量控制和新抗原的常规筛选。Schrepfer博士和Deuse博士的文章中描述了可靠的体外筛选方案。

低免疫原性iPSCs
最后，Schrepfer博士和De Deuse Deuse建立了一种新颖的方法来克服免疫力拒绝，通过产生新一代的免疫逃避IPSC，命名为“低辐射IPSCS”。这种IPSC不会诱导任何细胞免疫应答，因为它们对免疫系统几乎看不见。如果可以产生这种低辐射IPSC，它们可以用作普遍兼容的细胞和组织移植物的来源。

该团队产生了能够逃避免疫排斥的真正的低免疫干细胞。

他们的第一个策略是敲除ESCs7中I类MHC的表达。这种基因敲除导致受体免疫系统的侵袭性反应降低，并延迟了小鼠移植ESCs的排斥。虽然这项工作是在复杂的基因编辑开发之前完成的，但它使干细胞社区开始考虑免疫编辑策略。这些策略包括调节活化和抑制表面分子和释放耐受性因子。几个小组用不同的免疫编辑方法进行实验，证实了这一原理的有效性。

Schrepfer博士和Deuse博士检查了来自胎盘的合胞滋养细胞，它们形成了母体血液系统和胎儿之间的界面。这背后的基本原理是，在怀孕期间，母亲的身体耐受甚至保护胎儿，即使胎儿的抗原有一半来自于父亲并且是MHC不匹配的。妊娠是一种自然的免疫耐受现象，被用作成功免疫编辑策略的蓝图。

研究小组观察到来自胎盘的细胞表达低水平的MHC抗原和高水平的CD47, CD47是一种抑制吞噬过程的蛋白质，吞噬细胞(一种免疫细胞)通过吞噬目标细胞或颗粒。他们利用这一知识设计了低免疫诱导多能干细胞，这种干细胞不表达MHC, CD47高表达水平。他们使用基因编辑来灭活对I类(B2M)和II类(CIITA) MHC表达至关重要的两个基因，并使用一种慢病毒添加CD47基因的拷贝7。小鼠和人低免疫诱导多能干细胞均被生成并分化成各种不同的细胞类型。严格的体外测试和小鼠体内细胞移植证实，这种免疫编辑策略成功地沉默了所有类型的淋巴和髓系免疫细胞，低免疫衍生物在mhc完全不匹配的受者中实现了长期生存。低免疫干细胞衍生物因此进入开发阶段，期待潜在的临床应用。

发现了一种新的NK细胞免疫检查点
虽然来自其他群体的免疫编辑细胞也包括消除I类MHC仍然易受自然杀伤（NK）细胞杀伤的影响，但SchRepfer博士和Dr Deuse的免疫编辑策略导致NK细胞沉默并关闭了免疫逃避的这种差距．NK细胞在存在炎性细胞因子存在下固有地杀死MHC缺陷的靶细胞。可以通过其他免疫细胞响应移植程序或接枝细胞来释放这种细胞因子。对与免疫编辑细胞的NK细胞相互作用的深入分析显示了一种新的免疫检查点8。显示NK细胞能够上调免疫检查点受体信号 - 调节蛋白-α，其在与其配体CD47接合时递增强度抑制信号。因此，包括CD47的免疫编辑策略，因此不仅可以针对吞噬细胞而且提供NK细胞。

一个有效的工作
SchRepfer博士和Deuse博士的调查结果突出了自然和科学9-13等领先的期刊。实际上，他们的作品在干细胞移植面积中至关重要，因为它提供了克服细胞排斥的策略。发射脓肿IPSC的产生可以为再生医学制造普遍兼容的细胞产品，通常被称为干细胞免疫学的“神圣格拉勒”。该平台技术专门用于萨达生物科技股份有限公司，其中施瑞克博士是科学创始人和低辐射平台的负责人，以便随时随地任何地方提供干细胞衍生的治疗。