人類iPS細胞改善視力和血管健康 | 印第安納大學醫(yī)學院

研究人員正在研究新的再生醫(yī)學方法，以更好地管理 2 型糖尿病引起的血管健康并發(fā)癥，這些并發(fā)癥有朝一日可以支持患有早期視網(wǎng)膜血管功能障礙的糖尿病患者的眼部血管修復。

印第安納大學醫(yī)學院的研究人員與阿拉巴馬大學伯明翰分校和其他五個機構(gòu)合作，正在研究新的再生醫(yī)學方法，以更好地管理 2 型糖尿病引起的血管健康并發(fā)癥，這些并發(fā)癥有朝一日可以支持糖尿病患者眼部的血管修復早期視網(wǎng)膜血管功能障礙患者。這些研究策略包括識別和使用新方法將人類誘導多能干細胞 (hiPSC) 分化或成熟為具有血管修復特性的特定中胚層細胞亞群。

“血管疾病困擾著世界上數(shù)億人，”該研究的共同第一作者、外科博士后研究員 Chang-Hyun Gil 博士說?！霸谶@項研究中，我們專注于 2 型糖尿病的視網(wǎng)膜血管。我們的結(jié)果證明了 hiPSC 衍生的特定中胚層亞群的安全、有效和穩(wěn)健的推導，可用作拯救缺血組織和修復患有個體血管的新療法。血管疾病。該結(jié)果為早期臨床試驗提供了基礎(chǔ)。”

在最近發(fā)表在Science Advances《科學進展》上的多地點早期研究中，研究人員通過基因?qū)⑻悄虿『头翘悄虿⊥庵苎毎匦戮幊虨?hiPSC，并使這些細胞成熟為特殊的血管修復細胞。注射到患有 2 型糖尿病小鼠 (T2D) 視網(wǎng)膜功能障礙的動物模型后，結(jié)果顯示視力和視網(wǎng)膜電圖顯著改善，血管灌注恢復。他們假設 hiPSC 衍生的血管修復細胞可以作為內(nèi)皮前體的來源，這些前體將在這些糖尿病患者體內(nèi)顯示出血管修復特性。

“與胚胎干細胞 (ESC) 的使用不同，基因工程 hiPSC 不會帶來 ESC 所面臨的限制其可能使用的倫理挑戰(zhàn)，并且 hiPSC 在研究設計和作為人類細胞療法的應用中越來越被認為是一種可行的替代方案疾病，”科學家Gil說。

根據(jù)美國疾病控制和預防中心的數(shù)據(jù)，美國有超過 3700 萬人患有糖尿病，占美國人口的 11% 以上。更重要的是，在 18 至 44 歲的年輕人和 45 至 64 歲的成年人中，與糖尿病相關(guān)的并發(fā)癥有所增加。這些并發(fā)癥會導致嚴重的代謝紊亂，通過傷害大大小小的心血管、視覺、周圍神經(jīng)和腎臟系統(tǒng)供給這些組織的微血管。2019 年，超過 11% 的 18 歲及以上成年人報告了嚴重的視力問題或失明，超過 187 萬成年人被診斷出患有嚴重的心血管疾病。

“Gil 博士的這項工作代表著誘導多能干細胞在治療糖尿病并發(fā)癥方面的應用向前邁出了一大步，” IU 學院血管生物學研究神秘醫(yī)學研究基金會教授 Michael P. Murphy 醫(yī)學博士說。Medicine，IU Health 和 Eskenazi Health 的血管外科醫(yī)生，也是該研究的合著者。

研究人員將 hiPSC 轉(zhuǎn)化為特定的中胚層子集，該子集被富集以產(chǎn)生具有類似于內(nèi)皮集落形成細胞 (ECFC) 的血管修復特性的內(nèi)皮細胞。內(nèi)皮細胞是存在于血管、淋巴管和心臟內(nèi)層的細胞，是調(diào)節(jié)血管功能和炎癥反應的主要成分。內(nèi)皮細胞控制血流并調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)從血液到組織的轉(zhuǎn)移。

Gil 說，表達 KDR、NCAM1 和 APLNR（KNA+ 中胚層）的特定中胚層亞群表現(xiàn)出增強的分化為 ECFC 和在體內(nèi)形成功能性血管的能力，并且中胚層群體可以糾正受損視網(wǎng)膜血管的血管變性。視網(wǎng)膜電圖表明神經(jīng)視網(wǎng)膜的功能增強，而視動性眼球震顫研究表明視力得到改善。

“這項工作的下一個轉(zhuǎn)化步驟是將報道的用于將 hiPSC 分化為 S-KNA+ 細胞的研究方案轉(zhuǎn)移到大規(guī)模制造過程中，”印第安納州再生醫(yī)學與工程中心杰出名譽教授和研究顧問 Mervin C. Yoder 醫(yī)學博士說。Yoder 是該研究的另一位合著者，也是 Vascugen 的科學創(chuàng)始人，該公司致力于推進由微血管疾病引起的危及生命的疾病的治療?！斑@項工作的某些方面已由 Vascugen, Inc. 通過印第安納大學創(chuàng)新和商業(yè)化辦公室獲得許可，該辦公室專注于從誘導多能干細胞中開發(fā)血管修復細胞?！?/p>

另一位研究合著者是醫(yī)學博士 Maria B. Grant，她是 IU 醫(yī)學院 Eugene 和 Marilyn Glick 眼科研究所的前 Marilyn Glick 眼科教授，現(xiàn)任 UAB 眼科捐贈主席。Grant說，這是一項高度轉(zhuǎn)化的研究，是她和 Yoder 過去 20 年來一直在研究干細胞以及如何使用它們來修復眼部血管的研究的延續(xù)。雖然 hiPSC 可能需要很長時間才能生長，但研究小組簡化了該過程以縮短它們的生長時間，并使它們更可行地轉(zhuǎn)化為用于修復眼睛血管的人類療法。

“在 UAB，我們提取了干細胞和 hiPSC 細胞并對其進行了研究，”她說?！拔?guī)砹怂械难劬χ委熃?jīng)驗和一些干細胞治療經(jīng)驗，而 Yoder 博士帶來了很多干細胞制備生產(chǎn)經(jīng)驗。這是一種互補的合作?！?/p>

“我要對 Yoder 博士、Grant 博士和 Murphy 博士的支持表示最衷心的感謝，”Gil 說。他會記住 Yoder 的“奉獻精神、熱情、耐心和善良”，記住 Murphy 對他完成學業(yè)的支持。

Journal Reference:

1. Chang-Hyun Gil, Dibyendu Chakraborty, Cristiano P. Vieira, Nutan Prasain, Sergio Li Calzi, Seth D. Fortmann, Ping Hu, Kimihiko Banno, Mohamed Jamal, Chao Huang, Micheli S. Sielski, Yang Lin, Xinxin Huang, Mariana D. Dupont, Jason L. Floyd, Ram Prasad, Ana Leda F. Longhini, Trevor J. McGill, Hyung-Min Chung, Michael P. Murphy, Darrell N. Kotton, Michael E. Boulton, Mervin C. Yoder, Maria B. Grant.?Specific mesoderm subset derived from human pluripotent stem cells ameliorates microvascular pathology in type 2 diabetic mice.?Science Advances, 2022; 8 (9) DOI:?10.1126/sciadv.abm5559