iPS 细胞在干细胞治疗中的优势在于可以使用自体 iPS 细胞，从而避免同种异体免疫排斥。然而，iPS 细胞系的建立极其耗时且成本高昂，尤其是建立受良好生产规范 (GMP) 确保的临床级 iPS 细胞系。
此外，成功获得 iPS 细胞系会受到供体个体差异（包括年龄）的影响。因此，实现再生医学研究中心网络计划转向使用来自定制自体 iPS 细胞的同种异体 iPS 细胞系。
日本iPS 细胞库存项目旨在从人类白细胞抗原 (HLA) 单倍型纯合的人中产生一系列 iPS 细胞系。就HLA-A、HLA-B和HLA-DR而言，这些纯合细胞的相容性比杂合细胞更广泛，140个同源单倍型系将覆盖90%的日本人口。
iPS细胞临床应用的现状和未来方向
日本京都大学医学研究生院、明治大学国际生物资源研究所的研究员Hiraku Tsujimoto和Kenji Osafune在行业期刊The FEBS Journal上发表了题为Current status and future directions of clinical applications using iPS cells—focus on Japan（iPS细胞临床应用的现状和未来方向——以日本为重点）的行业研究报告。
该报告总结了近年来，使用 iPS 细胞技术的再生医学取得了显着进展包括这些技术及其临床应用；讨论了 iPS 细胞建立的进展，包括日本的 HLA-homo iPS 细胞储备项目以及利用基因组编辑技术开发低抗原 iPS 细胞的进展；描述了正在或接近临床应用的基于 iPS 细胞的疗法，包括眼科、神经病学、心脏、血液学、软骨和代谢疾病的治疗等。报告主要内容如下：
iPS 细胞彻底改变医学的新技术
通过发现诱导多能干 (iPS) 细胞，Yamanaka 及其同事克服了与使用胚胎干 (ES) 细胞相关的破坏人类囊胚的主要伦理问题。研究发现，OCT4、SOX2、KLF4 和 c-MYC (OSKM) 四种因子的组合足以将小鼠和人类体细胞重编程为 iPS 细胞。
由于 iPS 细胞具有在体外无限扩展并分化为体内任何细胞类型的潜力，因此可用于生成多种分化细胞，用于细胞治疗、疾病建模、药物发现和毒理学筛选。
对于细胞治疗来说，由于该技术最初使用基因组整合病毒作为载体，因此存在病毒整合到癌症相关基因附近位置的染色体中，导致肿瘤发生的风险。然而，此后已经开发出安全的方法，例如使用无法整合到染色体中的游离质粒，加速iPS细胞走向临床应用。
由于基因组编辑技术的最新进展，现在可以快速准确地生成具有导致疾病的遗传倾向的疾病特异性 iPS 细胞。随后针对许多疑难病症进行了疾病建模研究，其中疾病特异性 iPS 细胞分化为受损的细胞类型或组织，以在体外重现疾病表型。
iPS 细胞是彻底改变医学的新技术。基于iPS细胞技术的临床试验正在美国、中国、德国和其他国家进行（例如，NCT03763136、NCT03759405、NCT04396899、NCT04106167、NCT03841110和NCT04245722），日本进行的临床试验比其他任何地方都多。因此，研究人员将重点关注日本的临床研究。
安全临床应用技术
iPS细胞的建立
建立iPS细胞的方法可根据重编程方法大致分类，包括逆转录病毒、慢病毒、仙台病毒 、腺病毒、质粒、附加型质粒、转座子、小环 DNA 、RNA 、蛋白质和小-分子化合物。还可以根据效率和安全性进一步分类；即重编程的效率、技术难度以及整合到基因组中的风险。通常，效率和安全性呈负相关。因此，优选的重编程方法将取决于研究目的。由于安全问题较少，高效的方法是基础研究的首选。另一方面，在临床应用中，安全性至关重要。
iPS细胞维持培养基的开发
传统上，人类多能干细胞（iPS/ES 细胞）的培养是在补充有血清替代品和成纤维细胞生长因子 2 (FGF2) 的培养基中进行的，使用小鼠成纤维细胞作为饲养细胞。作为 iPS 细胞临床应用的第一步，使用专用培养基和不含饲养细胞的细胞外基质开发了许多无饲养细胞培养方法。京都大学 iPS 细胞研究与应用中心 (CiRA) 开发了“StemFit”，这是一种不含动物源成分的 iPS/ES 细胞培养基 。
iPS 细胞库存项目
京都大学 CiRA 基金会的 iPS 细胞库存项目正在为再生医学而开发，并使用健康捐献者的血液样本，这些捐献者的人类白细胞抗原（人类白细胞抗原；HLA-A、HLA-B 和 HLA-A、HLA-B 和HLA-DRB1)，这使得移植不太可能引起免疫排斥。
在自体移植的情况下，iPS 细胞是从患者的血液或其他体细胞中产生的，并检查质量。接下来，iPS 细胞分化为用于患者治疗的细胞并进行移植。尽管iPS细胞库存项目中使用的iPS细胞系是同种异体的，但与自体移植相比，它们节省了时间和成本。
图：iPS 细胞库存项目示意图。HLA 纯合捐献者捐献外周血，从中产生 iPS 细胞的细胞库。
在该项目中，CiRA 基金会在其准备设施中生成 iPS 细胞。此后，它仅存储已被确认安全的有质量保证的iPS细胞，并将其提供给日本和国外的医疗和研究机构，用于包括临床应用在内的医学研究目的。
截至 2021 年 3 月，来自 7 个 HLA 纯合 (HLA-homo) 供体的 iPS 细胞可供使用，估计覆盖了约 40% 的日本人口。然而，HLA-A、HLA-B 和 HLA-DRB1 纯合 iPS 细胞供体非常罕见。因此，要收集覆盖日本人口约90%的140种，需要大量的时间和成本。事实上，据估计，必须检查多达 16 000 人的人类白细胞抗原类型才能找到 140 种类型。
使用 iPS 细胞的细胞疗法
年龄相关性黄斑变性和色素性视网膜炎
年龄相关性黄斑变性（AMD）是一种影响视网膜黄斑区的进行性疾病，导致中央视力逐渐受损。晚期AMD会导致中央视力丧失，导致严重且永久性的视力障碍，这对生活质量和功能独立性产生重大影响。如果早期发现疾病，可以通过抗血管内皮生长因子（VEGF）治疗在一定程度上阻止病情进展，并将损害降至最低；然而，AMD 仍然是全球严重不可逆视力丧失的第三大原因。
图：日本正在进行基于 iPS/ES 细胞的细胞疗法的临床试验。方框中的名称表示疾病，方框下方的名称表示移植的 iPS 细胞产品的类型。
表 1. 目前在日本正在进行的临床试验。AMD，年龄相关性黄斑变性；ALS，肌萎缩侧索硬化症；AD，阿尔茨海默病；FOP，进行性骨化性纤维发育不良。
角膜缘干细胞缺乏
角巩膜缘上皮干细胞的正常功能是角膜上皮维持和再生的前提。一般认为，这些上皮干细胞存在于角膜缘的基底上皮中，是透明角膜和不透明巩膜之间的过渡区。因此，这些细胞被称为角膜缘上皮干细胞（LSC）。
正常的角膜缘和LSC充当屏障，防止结膜上皮侵入角膜表面。LSC 维持角膜上皮的正常稳态和伤口愈合。
当结膜上皮侵入角膜，角膜表面被包括血管在内的结膜组织覆盖时，就会出现严重的角膜混浊，导致视力障碍甚至失明。LSC 缺陷可能是由遗传缺陷或对 LSC 及其生态位的继发性损伤引起的，这可能导致角膜上皮伤口愈合异常和/或角膜表面结膜化。原因包括烧伤、碱性或酸性腐蚀、史蒂文斯-约翰逊综合征和眼部类天疱疮。供体角膜移植已被用于治疗可导致失明的严重角膜上皮疾病，但存在排斥反应和供体短缺的问题。
帕金森病
当中脑黑质的多巴胺神经元因某种原因受损，产生的多巴胺量减少时，就会出现帕金森病。帕金森病是仅次于阿尔茨海默病 (AD) 的第二常见神经退行性疾病，在美国 40 岁男性和女性的剩余终生风险分别为 2% 和 1.3%。
日本Jun Takahashi 团队于 2018 年 8 月启动了一项使用 iPS 细胞衍生的多巴胺神经祖细胞治疗帕金森病的临床试验 (UMIN000033564)。用于移植的细胞从 HLA-homo iPS 细胞储备中分化出来，并通过 FACS 分选 CORIN 进行纯化，他们证明 CORIN 是一种细胞表面标记，对多巴胺神经祖细胞具有特异性。
在临床试验之前，他们证实了移植的人类iPS细胞来源的多巴胺神经祖细胞在帕金森病食蟹猴模型中的有效性和安全性。移植的猴子表现出运动能力增强和帕金森病症状改善。正电子发射断层扫描分析显示，移植的细胞在大脑中合成了多巴胺。此外，两年随访后没有观察到肿瘤形成，脑切片的组织学分析也没有发现任何恶变的证据。
脊髓损伤
脊髓损伤是由于受伤或事故导致脊髓受损，导致大脑无法向移动身体的神经传递指令，导致四肢瘫痪。2016年的一项全球调查显示，脊髓损伤的患病人数超过2000万例。仅在那一年，全球就新增病例约 100 万例，日本新增病例超过 36,000 例。在许多情况下，患者只能坐在轮椅上。目前，没有任何治疗方法可以完全修复受损区域。
2019 年，Hideyuki Okano 团队启动了一项临床研究，将源自 HLA-homo iPS 细胞储备的神经祖细胞移植到亚急性（受伤后 1-2 周）脊髓损伤患者中。主要目标是确认移植细胞的安全性和有效性。生成并冷冻保存神经祖细胞。将冷冻的神经祖细胞解冻以进行最终准备，并直接注射到脊髓损伤区域（UMIN000035074）。这种移植有望使受伤的神经再生并恢复运动功能和感觉。移植后患者的随访时间约为一年。由于没有进行人类白细胞抗原匹配，因此在移植后的前六个月内给予免疫抑制药物。患者也参与康复治疗。
心脏衰竭
缺血性心脏病是心力衰竭的主要病因，其发病机制是由于冠状动脉闭塞导致心肌组织慢性缺血，导致功能性心肌细胞坏死。由于成熟的心肌细胞无法自我更新，缺血和坏死区域被纤维组织取代。结果，局部室壁运动受损，心肌收缩力下降。为了补偿这种减少，心脏扩张，对未直接受到缺血影响的心肌造成压力损伤，导致进一步纤维化。这种现象称为重塑，并进一步恶化心脏功能。
因此，补充功能性心肌细胞是减少心力衰竭进展的非常明智的方法。由于心肌细胞不具有增殖能力，很难一次性大量生成，因此在最初的再生研究中使用了与心肌细胞相似的细胞。具体来说，骨骼肌细胞、骨髓来源的单核细胞和间充质干/基质细胞（MSC）被认为是候选细胞，并进行了动物实验和临床试验。由于骨骼肌细胞不是心肌细胞，因此它们有望通过与宿主的心肌融合来支持收缩力，但它们也会诱发心律失常。间充质干细胞和骨髓细胞的效果甚至更差。
血小板减少症
日本每年消耗来自超过 170 万升献血的血小板制剂。血小板制剂在采血后只能保存四天。此外，由于少子化和人口老龄化，献血人数正在减少，但需要医疗护理的老年人数量却在增加。因此，未来不仅是血小板制剂，输血制剂也可能出现短缺。
如果由于再生障碍性贫血或其他疾病导致严重血小板减少，则需要进行血小板输注。然而，可能会出现血小板输注无效，即输注后血液中的血小板计数不上升。其原因包括输注的血小板被识别为外来物并被患者自身的免疫细胞破坏。在这种情况下，血小板不能通过同种异体血小板输注来补充。然而，如果血小板是由患者自身的细胞制成的，输血应该可以防止免疫反应。
Koji Eto小组已成功利用生物反应器装置从iPS细胞产生大量血小板，并正在对患有血小板输注无效的再生障碍性贫血患者进行自体输注iPS细胞衍生血小板的临床研究（jRCTa050190117）。该患者试验的目的是测试所施用的血小板产品的安全性。该研究设计是一项单中心、开放标签、非对照研究/单剂量递增研究，输血后随访一年。血小板输注过程首先从患者身上采集细胞并生成 iPS 细胞。然后，从 iPS 细胞中产生巨核细胞并冷冻作为主细胞库。将这些主细胞解冻，巨核细胞在培养基中生长后，进行血小板生产。血小板分离、浓缩、洗涤后，通过照射消灭残留的巨核细胞，然后输给患者。主要终点是安全性，次要终点是疗效（血小板增加）。
癌症免疫疗法
近年来，癌症免疫疗法作为继手术治疗、化疗（抗癌药物和激素施用）和放射治疗之后的治疗选择而受到关注。CD1d 限制性不变自然杀伤 T (iNKT) 细胞是表达单一 T 细胞受体（人类中的 Vα24-Jα18 和 Vβ11 链，小鼠中的 Vα14-Jα18 和 Vβ8.2 链）的淋巴细胞，并通过识别所呈现的糖脂抗原来激活CD1d，一种 MHC I 类分子。
活化的iNKT细胞通过产生细胞毒性分子（如穿孔素）表现出直接的细胞毒活性，同时产生大量细胞因子（如IFNγ），诱导NK细胞和CD8+ T细胞活化，从而发挥抗肿瘤作用。作为头颈癌的新疗法，Haruhiko Koseki 和 Shin-Ichiro Fujii 小组正在使用 iPS 细胞衍生的 NKT 细胞进行临床试验(jRCT2033200116)。
关节软骨损伤
骨关节炎是全世界最常见的关节疾病，影响 60 岁以上的大约 10% 的男性和 18% 的女性。关节软骨具有独特而光滑的结构，使我们能够顺利、无痛地移动关节。受损的关节软骨会在移动关节时引起疼痛。
Noriyuki Tsumaki 小组已开始一项通过 HLA-homo iPS 细胞来源的软骨移植来再生关节软骨损伤的临床试验 (jRCTa050190104)。在这项临床研究中，仅对一个膝盖进行移植，并纳入了四名符合标准的患者（年龄在20至70岁之间，软骨损伤范围有限）。手术使用关节镜移植软骨组织。手术后患者将康复6周，软骨再生和修复情况将随访1年。该小组已成功利用人类 iPS 细胞产生高质量的软骨。
先前的动物研究证实，iPS细胞衍生的软骨不会产生肿瘤，并且可以在移植区域再生软骨。该临床研究的目的是评估软骨损伤患者将软骨植入膝关节受损区域的安全性。主要终点是不良事件的频率和肿瘤发生的存在。为了制备软骨，从 HLA-同源 iPS 细胞储备中诱导软骨细胞，并从软骨细胞产生软骨组织。研究人员的目标是在未来用这种疗法治疗膝关节骨关节炎。
总之，使用 iPS 细胞的临床医学已安全有效地取得进展。在这篇报告中，研究人员对日本使用 iPS 细胞的临床试验进行了分析和总结，并解释了基因编辑的低抗原 iPS 细胞如何有潜力解决细胞疗法中的许多免疫学问题。此外，这些 iPS 细胞可以作为单批次细胞产品的来源，用于治疗患者体内更广泛分布的人类白细胞抗原类型，从而降低每剂治疗的成本。随着逃避免疫的风险增加，细胞致瘤性研究也需要在各种细胞和应用上进行验证。
随着低抗原 iPS 细胞系和个体患者 iPS 细胞系的建立，细胞疗法有望扩展到多种疾病。此外，开发从 iPS 细胞产生功能成熟的细胞或组织以及人体大小器官的方法将有助于新型再生疗法和更合适的疾病模型。未来几年，基于 iPS 细胞技术的再生医学将得到进一步普及。
联系客服
