CRISPR技术创造了对免疫系统不可见的多能干细胞

加州大学旧金山分校的科学家们利用CRISPR-Cas9基因编辑系统创造了第一个对免疫系统功能“不可见”的多能干细胞，这是生物工程的一项壮举，在实验室研究中可以防止干细胞移植的排斥。因为这些“通用”干细胞可以比为每位患者量身定制的干细胞更有效地制造 - 这种个性化方法主导了早期的努力 - 它们使再生医学的承诺更接近现实。

“科学家经常吹嘘多能干细胞的治疗潜力，它可以成熟到任何成人组织，但免疫系统一直是安全有效干细胞治疗的主要障碍，”医学博士，医学博士，医学博士，医学博士，医学博士，加州大学旧金山分校心脏外科主席，新研究的主要作者，于2月18日在Nature Biotechnology杂志上发表。

免疫系统是无情的。它被编程为根除它认为是外星人的任何东西，保护身体免受传染因子和其他入侵者的侵害，如果给予自由，可能会造成严重破坏。但这也意味着移植的器官，组织或细胞被视为一种潜在危险的外来入侵，它总是引起强烈的免疫反应，导致移植排斥。当发生这种情况时，据说捐赠者和接受者 - 用医学术语 - “组织相容性不匹配”。

“我们可以使用能够抑制免疫活性并减少排斥反应的药物。不幸的是，这些免疫抑制剂使患者更容易感染和患癌症，”该研究的资深作者，加州大学旧金山分校移植主任Sonja Schrepfer博士解释说。和研究时的干细胞免疫生物学(TSI)实验室。

在干细胞移植领域，科学家曾经认为排斥问题是由诱导多能干细胞(iPSCs)解决的，这种干细胞是由完全成熟的细胞(如皮肤或脂肪细胞)产生的，这些细胞以允许它们的方式重新编程。发展成任何构成身体组织和器官的无数细胞。如果将来自iPSCs的细胞移植到捐献原始细胞的同一患者体内，那么人们会认为移植的细胞是“自我”，并且不会发生免疫攻击。

但实际上，iPSC的临床应用已证明是困难的。由于尚未了解的原因，许多患者的细胞证明不接受重编程。此外，为每位受益于干细胞治疗的患者生产iPSC既昂贵又耗时。

“iPSC技术存在许多问题，但最大的障碍是质量控制和可重复性。我们不知道是什么让一些细胞能够重新编程，但大多数科学家认为它还不能可靠地完成，”Deuse说。“因此，大多数个体化iPSC治疗方法已被放弃。”

Deuse和Schrepfer想知道是否有可能通过创建可用于任何需要它们的患者的“通用”iPSC来回避这些挑战。在他们的新论文中，他们描述了在仅仅三个基因的活动被改变之后，iPSC在被移植到具有完全功能免疫系统的组织相容性不匹配的受体后能够避免排斥。

“这是第一次有人设计出可以普遍移植的细胞，并且可以在免疫功能正常的受体中存活而不会引起免疫反应，”Deuse说。

研究人员首先使用CRISPR删除两个基因，这两个基因对于称为主要组织相容性复合体(MHC)I类和II类的蛋白质家族的正常功能至关重要。MHC蛋白质位于几乎所有细胞的表面，并显示分子信号，帮助免疫系统区分闯入者与天然嗜血者。缺少MHC基因的细胞不会出现这些信号，因此它们不会注册为外来信号。然而，缺失MHC蛋白的细胞成为被称为自然杀伤(NK)细胞的免疫细胞的靶标。

与刘博士教授合作，研究合着者，加州大学旧金山分校微生物学和免疫学系主任，以及激活和抑制NK细胞活性的信号专家 - Schrepfer的研究小组发现CD47是一种细胞表面蛋白作为一种“不吃我”的免疫细胞信号称为巨噬细胞，对NK细胞也有很强的抑制作用。

研究人员相信CD47可能是完全关闭排斥反应的关键，研究人员将CD47基因加载到一种病毒中，该病毒将基因的额外拷贝传递给MHC蛋白被淘汰的小鼠和人类干细胞。

CD47确实被证明是这个难题的缺失部分。当研究人员将他们的三重工程小鼠干细胞移植到具有正常免疫系统的错配小鼠时，他们没有观察到排斥反应。然后，他们将类似工程化的人类干细胞移植到所谓的人源化小鼠体内 - 这些小鼠的免疫系统已经被人体免疫系统的成分所取代，以模仿人体免疫力 - 并再次观察到没有排斥反应。

此外，研究人员从这些三重工程干细胞中衍生出各种类型的人类心脏细胞，并将它们再次移植到人源化小鼠体内。干细胞衍生的心肌细胞能够实现长期存活甚至开始形成基本的血管和心肌，这提高了三天工程干细胞可能有一天被用于修复衰竭心脏的可能性。

“我们的技术解决了干细胞和干细胞衍生组织的排斥问题，并代表了干细胞治疗领域的一大进步，”Deuse说。“我们的技术可以使更广泛的人受益，其生产成本远低于任何个性化方法。我们只需要制造我们的细胞一次，我们留下的产品可以普遍应用。”