基于誘導性多能干細胞技術的動物模型應用研究

張瀚馳

摘要：在近年的科技發展中，誘導性多能干細胞技術不斷發展，被廣泛地運用在生物醫學和動物學等領域。本文首先研究了誘導性多能干細胞技術的動物模型應用的意義，進而給出誘導性多能干細胞技術下的動物細胞建模方法，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性多能干細胞的方法，并研究了制備誘導性多能干細胞的方法，包括knockkout血清物質下的小鼠，逆轉錄因子大鼠和豬細胞多能干細胞制備過程。

關鍵詞：誘導性；干細胞；嚙齒類；哺乳動物；knockkout；血清

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

1引言

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

2誘導性多能干細胞技術下的動物細胞建模

2.1嚙齒類動物系

2.1.1小鼠制備誘導性多能干細胞

小鼠是最常用的生物實驗源之一，也最先被用于誘導性多能干細胞制備中。在小鼠的胚胎的形成過程中感染兩類質粒，其一為攜帶Oct3/4的DNA序列，其二為cDNA序列，可以誘導性多能干細胞技術獲得三胚層瘤，因而可知細胞的多能特性。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大鼠制備誘導性多能干細胞

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

2.2靈長類哺乳動物誘導性多能干細胞

我國生物實驗室構建了恒河猴的誘導性多能干細胞，即首先運用逆轉錄病毒載體搭載四類轉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胞，之后的纖維細胞其初步形態轉變，并將其轉移到MEF細胞中，使得多能干細胞和猴細胞有類似的基因表達模式。通過大量實驗，絨猴和黑猩猩等靈長類動物均構建了相應的多能干細胞體系。

2.3蹄類動物誘導性多能干細胞

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，因而構建家畜的多能干細胞體系具有重要的研究價值。對豬多能干細胞體系的建立即采用四種轉錄因子逆轉錄病毒載體制備的方法。如一種采用慢毒素的方法，傳染長白豬耳朵構成的纖維細胞或者脊髓細胞，構成相似的基因標記方法。

3制備誘導性多能干細胞

3.1 knockkout血清物質下的小鼠多能干細胞制備過程

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

3.2逆轉錄因子大鼠多能干細胞制備過程

現有的研究選取WI大鼠與DA大鼠進行胚胎構成纖維細胞的方式導入到小鼠的轉錄基因之中，將感染后的小鼠放入培養基中，并加入大鼠的白血病抑制逆轉錄因子完成大鼠多能干細胞制備，連續一周的培養后，可出現類似Es細胞狀態的大鼠多能干細胞克隆。然后將獲得的細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豬細胞多能干細胞制備過程

豬的生理和遺傳結構和人高度類似，并適合采用克隆方法完成多能干細胞制備，具有引領新科技的趨向。采用克隆方法將采用多能干細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育。科研者把多能干細胞分化了四到六天之后，使得細胞推出快速細胞周期后進行核轉移，可解決上述問題。

4總結

多能干細胞技術得到了長足的發展，并在生物科學領域獲得了很多重大的突破。當前很多動物源多能干細胞已制備成功。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。

本文研究了基于誘導性多能干細胞技術的動物模型應用研究的意義，分析了誘導性多能干細胞技術下的動物細胞建模的方式，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性多能干細胞的過程。進而給出制備誘導性多能干細胞的具體方式，包括knockkout血清物質下的小鼠多能干細胞制備過程，逆轉錄因子大鼠多能干細胞制備過程和豬細胞多能干細胞制備過程。