高通量转化iPSC的自动化平台

  最近，纽约干细胞基金会（NYSCF）研究所的科学家成功研制了一种创新性的、高通量机器人平台，可使患者样本转化为干细胞的过程自动化和标准化。这种独特的平台NYSCF Global Stem Cell ArrayTM，首次让研究人员能够研究不同的人群，更好地理解疾病的根本原因，并研制个性化新疗法，使精密医学能够用于病人护理。
  相关研究结果发表在最近的《Nature Methods》，表明这种高效的新技术，可使患者特异性干细胞的整个产生过程自动化，同时降低手动操作产生的可变性。该系统可收集患者样本，并将其转化为诱导多能干细胞（iPS）。该平台可以将这些iPS细胞转化为成人体内不同类型的细胞，如心肌细胞、神经细胞和肝细胞。NYSCF科学家研制的这个平台，是高度模块化的，可使定制的细胞生产，成为未解决问题的最好方法。延伸阅读：谁调控着胚胎干细胞多能性？。
  本文共同作者、NYSCF研究所CEO和创始人Susan L. Solomon说：“我们的目标是了解和治疗疾病。研究人员需要在一定规模上研究基因多样性，这意味着需要制备大量标准化的人类多能干细胞。NYSCF Global Stem Cell Array的大规模并行处理能力，使这项研究成为可能。”
  这一平台可允许研究人员预期“遗传背景不同的人对新药物有何反应”。这一开创性的技术可让研究人员在将药物用于患者之前，在人类细胞（而不是动物）中确定潜在的药物代谢和毒性问题。Solomon女士解释说：“这有可能节省数十亿美元的药物开发费用，并减少人们参与这些临床试验的危险；大大减少目前用于人体临床试验的时间。”
  罗氏公司药物部高级副总裁Thomas Singer 博士说：“在培养基中测试数千名患者对药物的反应，这种能力将改变我们治疗疾病的方式。我们更能了解，在加速发现过程的临床试验阶段，受试者将如何表现。这项技术将使我们能够为更多的患者，带来高精度的药物治疗和个性化的药品。”
  将成人干细胞转化为iPS细胞所用的行业规范是费时、费力的，并且会产生不同的结果。目前，科学家们手动把皮肤细胞暴露在一种分子混合物中，使它们看起来像胚胎干细胞。这种产生iPS细胞的手动过程，会引入人为误差，所产生的细胞系之间存在变异性，另外还需要数个月的动手时间和不断关注。这种自动化的机器人平台，可使干细胞生产从一种经典的动手方法，变成为二十一世纪的高通量标准。
  麻省理工学院和哈佛大学Broad研究院Stanley精神病研究中心主任Steven Hyman博士称：“这是非营利组织共同努力，获得重要技术进步的一个很好的例子。实现规模和可重复性的能力，可大大增加干细胞疗法的效用。”
  本研究所用的600多份皮肤样本，来自于被确诊为疑难疾病、心理健康状况、神经退行性疾病（如帕金森和阿尔茨海默氏病），和其他疾病的人，以及那些没有已知疾病的人。从这些患者制备特定类型的细胞，首次让科学家能够将来自人类基因组的数据，与全球人口遗传多样性数据合并，对“不幸的遗传和环境因素如何可能促进发病”提供了新的见解。此外，该平台产生的细胞绝对数量，可为研究人员得出更广泛的结论和有统计学意义的数据，提供力量。
  Michael J. Fox Foundation 首席执行官Todd Sherer没有参与这个平台的研发，但是他指出：“利用NYSCF Array所产生的细胞系，是一种重要的工具，可帮助我们更好地理解和开发新的治疗方法，防止或减缓帕金森病的进展，尤其是，可与新兴的综合性生物标志物数据相结合。在人类细胞中快速测试假说的能力，将给我们的研究带来极大的益处。”
  患者的细胞被重编程为iPS细胞后，这一平台可选择具有相似生长特性的细胞，用于进一步研究。研究表明，当手动完成时，产生患者特异性干细胞中的这一步骤，会在细胞株之间引入显著变异性。来自技术的这种变化可能隐藏患者之间的重要遗传差异。这一平台可使产生的多能性细胞系之间的噪声降低，使研究人员能够检测到遗传差异。此外，这一平台还使得成年细胞转化为iPS细胞的效率大大提高。
  本文资深作者、NYSCF 干细胞研究副主席Scott Noggle解释说：“对于许多常见的疾病，如糖尿病和阿尔茨海默氏症，利用干细胞模型来了解这些疾病，一直依赖于一些罕见的基因突变，它们只影响所有患者中的一小部分。然而，使用干细胞模型，我们很难研究影响大多数患者的更常见的遗传危险因素。我们的自动化系统将使我们能够开展大型干细胞实验，来了解这些风险因素是如何直接导致疾病的。”

（转化医学网360zhyx.com）