一叶知秋 | iPSC细胞培养及基因编辑
2025-09-01
1. 细胞背景
诱导性多能干细胞（Induced pluripotent stem cell，iPSC），是一种由哺乳动物成体细胞经转入转录因子等手段脱分化形成的多能干细胞。最早由日本学者山中伸弥的研究团队于2006年发现。诱导多能干细胞的发现标志着干细胞研究领域的一次革命性突破。自2006年首次成功由成体细胞重编程为多能干细胞以来，iPSC技术迅速发展，广泛应用于再生医学、疾病研究、药物筛选和个性化医疗等多个领域，深刻影响了现代生物医学的进展。iPSC的出现不仅为科学家提供了一种无需依赖胚胎的多能干细胞来源，解决了胚胎干细胞（ESC）研究中的伦理争议，还为临床治疗带来了前所未有的可能性。通过将患者自身的成体细胞转化为iPSC，研究人员能够生成多种功能性细胞，用于修复受损组织、替代病变细胞，甚至可能实现器官的再生和功能恢复。这一技术为治疗各种退行性疾病、创伤和遗传性疾病提供了新的希望。
然而，iPSC作为疾病模型存在一个问题，它无法很好地区分疾病表型的产生是仅由目标基因突变导致，还是由不同个体遗传背景和环境因素差异造成的。不同iPSC细胞实际上是来源于不同个体，同样标注hiPSC也不完全一样，在证明重要实验表型时，一般也建议用多株hiPSC都做出一样的结果才认为这个现象真的存在。同时，研究人员通过基因编辑技术与iPSC联用创建等基因模型（即遗传背景相同）来严格设置对照，也可以排除点突变以外的干扰因素。具体方法是通过CRISPR/Cas9的方法，可以将模拟疾病发生的突变引入iPSC，或修复iPSC疾病模型中的突变，再分化得到所需要的细胞进行研究或治疗。这为各类疾病研究打开了新大门。
细胞名称：iPSC(人诱导多能干细胞，Human induced PSC line)
来源：Generated from a 66-year-old healthy female by iXCells Biotechnologies (catalog no. 30HU-002)
细胞形态：贴壁细胞，呈克隆状
细胞倍增时间：~24-36h
培养条件
1）完全培养基成分：BeyoES™人多能干细胞基础培养液 +BeyoES™人多能干细胞培养液添加剂(50X) +1%P/S
2）培养环境：37℃、5%CO2
3）传代比例：1:3~1:10
4）传代频次：2~5 天传代一次
5）冻存液：iPSC细胞专用无血清冻存液
细胞形态图片
图1 hipsc细胞正常形态图
3.细胞特点
- 生长速度和代谢需求：iPSC细胞通常生长速度较快，代谢旺盛。这意味着它们在短时间内会消耗大量营养物质并产生较多代谢废物。每天换液可以确保细胞有充足的营养供应和良好的生长环境，避免营养不足和代谢废物积累对细胞生长的负面影响。
- 培养基的维持时间：尽管一些培养基含有丰富的营养成分和生长因子，可以延长其维持时间，但对于生长迅速的细胞如iPSC细胞，培养基中的营养物质可能会较快被消耗。因此，更频繁地换液是必要的。
5. iPSC细胞基因敲除
基因敲除技术是一种重要的遗传工程技术，通过改变特定基因的DNA序列使其失去功能，以研究基因在生物体中的作用。基因敲除的历史可以追溯到1980年代，当时科学家们开始利用基因工程手段对目标基因进行操作，以研究其功能。1990年代，随着同源重组技术的发展，研究人员开始在酵母和小鼠等模式生物中进行基因敲除实验。这一时期，基因敲除技术主要依赖于同源重组和ES细胞技术。2000年代，随着RNA干扰（RNAi）技术的出现，基因敲除实验变得更加简便高效。RNAi通过降解特定mRNA，暂时性地抑制目标基因的表达。2010年代，CRISPR-Cas9迅速发展并成为目前最主流的基因敲除技术，它的出现为基因敲除技术带来了革命性的变革。
但是，由于iPSC不像普通肿瘤细胞系那样具有总染色体异常和异常强烈的DNA损伤反应的特点，基因编辑在人类iPSC中成功率更低。同时由于不同个体和组织来源的iPS差异较大，转染方法和参数都可能不一样。
粒曼采用CRISPR RNP法（Cas9与sgRNA形成复合物）替代传统的慢病毒和质粒法在提高编辑效率的同时，避免了基因组重组引起脱靶效应。同时针对每一株iPS进行预实验，优化转染条件，提高转染率，转染率的提升也可以大大增加基因编辑成功率。而且，我们提供了编辑后KO效率的分析服务。将您从繁琐的病毒包装、质粒制备、Cas9浓度测试等优化实验中解放出来，专注于生物学发现。
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5#基因型如下：缺失-43bp
2#基因型如下：两种基因型-43bp，-43bp
参考文献
[1] Niwa R, Sakai K, Lung MSY, Matsumoto T, Mikawa R, Maehana S, Suzuki M, Yamamoto Y, Maurissen TL, Hirabayashi A, Noda T, Kubo M, Gotoh S, Woltjen K. ACE2 knockout hinders SARS-CoV-2 propagation in iPS cell-derived airway and alveolar epithelial cells. Front Cell Dev Biol. 2023 Dec 8;11:1290876. doi: 10.3389/fcell.2023.1290876.
2025 /
09-01
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