在过去的几十年中，间充质干细胞（MSCs）被广泛研究作为治疗各种疾病的潜在细胞来源。从人类诱导多能干细胞（hiPSCs）分化出间充质干细胞（iMSCs）为生物制造MSCs及相关生物制品提供了可扩展的方法。尽管iMSCs与原代MSCs（pMSCs）共享典型的MSC标记和功能，但在许多iMSC分化方案缺乏谱系特异性。来自美国锡拉丘兹大学的研究人员采用逐步的hiPSC分化到iMSC方法，通过神经嵴和细胞滋养层的中间细胞阶段生成具有不同分化效率和基因表达的特定谱系MSCs。通过对早期发育细胞类型（hiPSCs、神经嵴和细胞滋养层）、两个谱系特异性iMSCs和六个来源特异性pMSCs的全面比较，不仅可以区分MSCs和早期发育细胞之间的转录组差异，还可以确定iMSC亚型与出生后或围产期pMSCs之间的转录组相似性。研究人员证明了不同的iMSC亚型和诱导条件会影响细胞外囊泡的产生和外泌体蛋白表达。相关内容以“Lineage-Specific Mesenchymal Stromal Cells Derived from Human iPSCs Showed Distinct Patterns in Transcriptomic Profile and Extracellular Vesicle Production”为题在线发表于5月17日的国际知名综合性学术期刊Advanced Science杂志上。
多能的间充质干细胞（MSCs）因其在分化能力、生长因子分泌、免疫调节和抗炎反应等方面的治疗潜力，被证明在组织修复与再生、自身免疫性疾病和慢性疾病方面具有前景。尽管MSCs可在各种组织中找到，但由于组织来源有限或需要侵入性手术操作，许多组织特异性的患者来源MSCs并不容易获得。常见的MSC组织来源，如骨髓和脂肪组织，仅能产生约2％的核细胞。此外，围产期组织（如脐带、羊膜等）的来源有限，使得从这些组织中获得大量MSCs变得困难。更重要的是，从老年供体收集的原代MSCs（pMSCs）中获得高质量的细胞很少，治疗效能较低，并且在重复传代过程中增殖和细胞可塑性的下降速度更快。为了克服这些挑战，研究人员正在探索从多能干细胞（如人类诱导多能干细胞，hiPSCs）分化出MSCs，作为用于生物制造目的的无限细胞来源。来自不同组织来源的pMSCs显示出类似的细胞形态、标记物身份和多向分化能力，但在生长速率、转录组学特征、分泌物、抗炎和免疫调节能力方面存在差异。例如，一项研究报告称，从14名健康供体中收集并配对的骨髓源pMSCs（BM-pMSCs）和脂肪组织源pMSCs（AD-pMSCs）显示出与其组织来源相关的明显基因表达模式。然而，似乎不可能对来自单个供体的出生后组织源MSCs（例如BM-pMSCs）和围产期组织源MSCs（例如羊膜来源MSCs）进行这种配对比较研究，这就导致了文献中的矛盾结果。这种矛盾可能源自供体的遗传和表观遗传背景、组织制备技术、细胞培养和诱导条件，因此突出了在基础MSC生物学和转化MSC治疗中标准化的需求。从多能干细胞来源分化出的MSCs（即iMSCs）为这些细胞的可扩展生物制造提供了机会。广泛报道表明，与pMSCs相比，iMSCs表现出相似的多向分化潜能和免疫调节功能，但由于其早期发育优势，具有更高的纯度和效能。多年来，iMSC分化一直在改进和优化，最近的进展表明，通过定义的逐步分化过程对iMSC进行控制的谱系特异性分化，产生了具有发育谱系特异性的最终阶段iMSC亚型。例如，通过定义的中间发育阶段分化成功地获得了iMSCs，包括中胚层、神经嵴和类滋养细胞。通过对通过中胚层和神经上皮分化获得的iMSCs进行近距离比较，表明了分泌信号的差异：中胚层-iMSCs在伤口愈合方面具有更强的HGF和EGF信号，而神经上皮-iMSCs在血管生成方面具有更强的VEGF和FGF信号。分享类似的概念，通过副肢胚层、侧板胚层和神经嵴中间阶段成功分化出的谱系特异性成骨前体细胞显示出与其发育轨迹相关的独特转录组特征。尽管存在这些早期努力，但需要对不同谱系的iMSCs和不同组织的pMSCs进行系统比较，以定义iMSCs的发育标志物，并了解其与pMSCs的共同点和差异。在这项研究中，研究人员使用无血清化学定义培养基，通过神经嵴（NC-iMSCs）和细胞滋养层（CT-iMSCs）两种中间细胞类型分化出了两个iMSC亚型。研究人员还从商业供应商获得了六种原代MSCs，包括骨髓源原代MSCs（BM-pMSCs）、脂肪组织源原代MSCs（AD-pMSCs）、牙髓源原代MSCs（DP-pMSCs）、脐带源原代MSCs（UC-pMSCs）、绒毛细胞源原代MSCs（CV-pMSCs）和绒毛盘源原代MSCs（CP-pMSCs）。研究人员在相同的无血清培养条件下对谱系特异性iMSCs和组织特异性pMSCs进行了全面比较。结果显示，与pMSC相比，iMSCs部分保留了早期发育的特征，与此同时，NC-iMSCs和CT-iMSCs与出生后和围产期pMSCs的转录组模式更为接近。转录组分析表明，iMSCs和胎盘pMSCs在EV的生物生成和运输方面具有比出生后pMSCs更好的潜力。此外，单细胞RNA测序结果显示iMSC人群存在异质性，遵循从循环的前MSCs到MSCs，然后到骨软骨前体的发育轨迹。在蛋白水平上，研究人员进一步确认了CT-iMSCs比NC-iMSCs具有稍微更好的外泌体EV产生，使得CT-iMSCs成为治疗EV生物制造的更好候选者。参考文献：Lineage-Specific Mesenchymal Stromal Cells Derived from Human iPSCs Showed Distinct Patterns in Transcriptomic Profile and Extracellular Vesicle Production. Adv Sci (Weinh). 2024 May 17:e2308975.
