iPSC神经再生疗法:解码细胞因子在神经修复中的核心作用-技术前沿-资讯-生物在线

iPSC神经再生疗法:解码细胞因子在神经修复中的核心作用

作者:苏州近岸蛋白质科技股份有限公司 2025-12-09T00:00 (访问量:1043)

iPSC神经再生疗法:开启神经修复的新纪元

随着全球老龄化加剧,神经系统疾病的治疗需求日益紧迫。由于人类中枢神经系统的再生能力极为有限,帕金森病、脊髓损伤等疾病的传统治疗手段往往难以实现根本性的修复。

诱导多能干细胞(iPSC)技术的成熟,为这一困境带来了革命性解决方案。该技术通过导入特定转录因子,将体细胞重编程为具有多向分化潜能的干细胞,兼具无伦理争议与低免疫排斥的独特优势。

其核心应用价值凸显于三大方面:

•定向分化:可精准诱导为特定功能神经细胞(如多巴胺能神经元),用于替代治疗。

•疾病建模:构建患者特异性疾病模型,成为高效药物筛选的“先进试验场”。

•临床转化:全球范围内,从视网膜上皮移植到多巴胺祖细胞治疗,多项临床试验已证实其巨大潜力。

iPSC神经再生疗法,正将无数患者“无法治愈”的叹息,转化为生命重建的希望。

 

iPSC神经分化的精密调控网络

iPSC向神经细胞的分化是一个高度精细和复杂的过程,需要通过多种细胞因子的协同作用,精确模拟体内神经发育的微环境。这一过程通常分为多个关键阶段,每个阶段都有特定的细胞因子发挥着不可或缺的调控作用。

1 神经诱导与模式化:奠定神经分化的基础

iPSC神经分化的第一步是将其诱导为神经上皮细胞,这一过程需要抑制BMP/TGF-β信号通路。Activin A、Noggin(BMP拮抗剂)等细胞因子在此阶段起着关键作用,它们能够打破iPSC自我更新的状态,驱动其向神经命运转变。

接下来,新生成的神经上皮细胞需要进行特异性分化,以获得目标细胞。以中脑多巴胺能神经元的分化为例,这一过程需要SHH、Wnt、FGF8等模式化因子的精确调控,模拟胚胎中脑发育的微环境。这些因子的浓度、活性稳定性及使用时序稍有偏差,就可能导致神经元身份的不准确,影响治疗效果。

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图1.PSCs通过抑制策略先诱导为神经干细胞(NSC)球或中间前体细胞(如smNPC、NEP);后续经SHH、RA、FGF家族因子、小分子化合物等特异性因子诱导,可定向分化为多巴胺能(DA)神经元、运动神经元、皮质神经元、中间神经元等亚型,图中同时标注了各阶段对应的关键培养体系及信号调控分子[1]

2 神经前体细胞的增殖与特化:确保细胞纯度与方向

一旦获得区域特异性的神经前体细胞,需要进一步促进其增殖和特化。研究表明,在脊髓神经前体细胞的分化过程中,通过精细的定向诱导,可获得高纯度(可达98%以上)的特定神经前体细胞,这些细胞表达神经祖细胞标志物(SOX2、PAX6)及区域特异性标志物(HOXB4)[2]

此阶段,FGF和EGF等因子被广泛应用于加速神经前体细胞的增殖。通过优化因子的组合和浓度,研究人员能够在体外获得大量治疗所需的目标细胞,为临床应用提供充足的细胞来源。

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图2.人诱导多能干细胞(iPSC)向成熟运动神经元分化的流程示意图。分化过程依次经历Neural Rosettes形成、神经前体细胞(NPC)扩增、未成熟运动神经元阶段,最终获得成熟运动神经元[3]

3 神经元成熟与功能整合:实现神经回路重建

获得成熟的、有功能的神经元是iPSC神经再生治疗的最终目标。在此阶段,BDNF、GDNF等神经营养因子发挥着至关重要的作用。它们不仅支持神经元的存活和成熟,还促进突触形成和神经递质分泌,帮助新生的神经元整合到宿主神经网络中。研究显示,iPSC分化的运动神经元在BDNF、GDNF等因子作用下,能够产生动作电位,这是神经细胞传递信号的关键能力[4]

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图3.分化的三个阶段(iPSCs→未成熟神经元→成熟神经元)对应的核心生物学过程:iPSCs阶段多能性标志物(如NANOG、OCT4)表达受抑制;未成熟神经元阶段涉及突触组装、线粒体激活等过程;成熟神经元阶段则发生轴突发生、细胞骨架重塑等事件,同时标注了各过程对应的关键蛋白、激酶(*标注)及磷酸基团[5]

4 细胞因子的质量控制:治疗成功的关键保障

在iPSC神经分化过程中,细胞因子的质量直接影响分化结果的稳定性。

符合需求的GMP细胞因子需要具备以下特性:

  • 高活性和纯度:
    确保分化路径精准,减少非特异性效应;
  • 低宿主蛋白残留:
    降低免疫原性和非目标分化风险;
  • 卓越的批间一致性:
    保证分化工艺的可重复性和稳定性。

 

近岸蛋白专注于提供符合客户需求的GMP级别的细胞因子产品,包括Activin A、Noggin(BMP拮抗剂)、SHH、FGF8、BDNF、GDNF等,已助力客户成功进行IND申报,为iPSC神经再生研究的标准化和产业化提供坚实支撑。

 

临床进展与企业布局:iPSC神经再生治疗的全球化发展

随着iPSC神经分化技术的日益成熟,国内外多家研究机构和企业已在这一领域取得显著进展,推动了iPSC神经再生疗法从实验室向临床的转化。

1 国内领军企业的突破性进展

中国在iPSC神经再生领域的发展尤为迅速,多家企业已在特定细分方向取得全球首创的突破。

士泽生物已在iPSC治疗帕金森病和脊髓损伤方面取得多项里程碑进展。该公司开发的全球第一款异体通用"现货型"iPSC衍生脊髓神经细胞新药(XS228细胞注射液),已于2025年启动治疗脊髓损伤的注册临床I期研究,并成功完成全球首例受试者给药。睿健医药、中盛溯源和跃赛生物等公司均在iPSC治疗神经系统疾病领域有所布局,并正在加速推进临床进展。呈诺医学的ALF201是全球第一个获批临床的治疗急性缺血性脑卒中的iPSC衍生细胞候选产品,已经进入临床试验阶段。

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注:管线信息来源于官网,由近岸蛋白整理

如有纰漏,欢迎指正

2 国际研究进展与技术趋势

在国际舞台上,iPSC神经再生研究同样如火如荼。拜耳公司治疗帕金森病的在研产品BRT-DA01已进入临床Ⅰ期,受试者均表现出良好的安全性和耐受性。近年来,新型治疗策略不断涌现。2025年,韩国建国大学与首尔大学研究团队联合开发了一种基于iPSC的新型神经再生治疗技术,该技术以患者尿液细胞来源的iPSC分化出的神经嵴细胞为基础,制备出携带神经生长因子(NGF)基因的细胞外囊泡(EV)。这种囊泡注射至周围神经损伤小鼠模型后,显著提高了受损区域的神经细胞存活率,抑制了炎症反应,促进了轴突生长和再髓鞘化。值得注意的是,这种无需进行干细胞移植的治疗方法规避了传统干细胞治疗可能带来的肿瘤形成风险和免疫排斥问题,为神经再生治疗提供了新思路[6]

在疾病模型研究方面,科学家们将人类iPSC衍生的神经progenitors移植到小鼠大脑中,成功建立了人类神经网络的体内模型。这一模型不仅能够模拟人类神经网络的发育和功能,还可用于研究Down syndrome等神经系统疾病的病理机制[7]

 

iPSC神经再生的前景与展望

iPSC技术在神经再生领域的应用,代表了再生医学的最前沿突破。随着我们对神经分化机制的深入理解和细胞因子调控网络的精确掌握,iPSC神经再生治疗正逐步走向临床现实。

从技术发展来看,iPSC神经再生领域正朝着标准化、精准化和产业化方向迈进。标准化制备的"现货型"细胞制剂、精准靶向特定神经亚型的分化技术,以及符合国际标准的质量控制体系,共同构成了iPSC神经再生治疗的坚实基础。

尽管iPSC神经再生治疗取得了显著进展,但仍面临一些技术挑战,致瘤性风险是iPSC临床应用中最为关注的安全问题之一。未完全分化的iPSC可能不正常增生形成肿瘤,而使用病毒载体进行重编程也可能因载体插入细胞基因组而诱发癌症。

未来,随着越来越多临床试验的开展和治疗机制的阐明,iPSC神经再生疗法有望在未来几年内取得更大突破,为帕金森病、脊髓损伤、脑卒中等难治性神经系统疾病提供全新的治疗选择,最终实现神经功能的重建和患者生活质量的提升。

在iPSC神经再生治疗的发展历程中,高质量的细胞因子作为精准调控分化过程的核心要素,将继续发挥着不可或缺的作用。

在iPSC领域,近岸蛋白提供RUO级和GMP级基质蛋白(Vitronectin/Laminins)、细胞因子、Cas9/Cas12b蛋白、全能核酸酶以及mRNA原料酶等CGT关键生产原料,加速iPSC客户药物研发进程。

 

产品数据 

高活性基质蛋白支持iPSC稳定传代和干性维持

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iPSC分别在Vitronectin、Laminin511和Laminin521的支持培养下,进行稳定连续传代培养P1至P5,均可维持良好的生长,细胞形态均一正常。

 

有效维持细胞干性

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Vitronectin、Laminin511和Laminin521培养的iPSC可以有效维持干性相关转录因子的表达。

 

高活性iPSC诱导分化细胞因子

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Recombinant Human Activin A (Cat.No.:GMP-C687)

Measured by its ability to induce SMAD signaling in 293-Activin A Res cells. The specific activity of recombinant human Activin A is ≥1.0 x 103 IU/mg, which is calibrated against the human Activin A Standard (NIBSC code: 91/626).

 

相关产品

应用场景  主要产品
iPSC衍生的T细胞 bFGF、BMP-4、FLT3L、IL-3、IL-7、SCF、VEGF165
iPSC衍生的NK细胞 BMP-4、FLT3L、IL-2、1L-3、IL-7、IL-15、SCF、VEGF165
iPSC衍生的巨噬细胞 bFGF、BMP-4、FLT3L、GM-CSF、IL-3、IL-7、 LR3 IGF-1、M-CSF、SCF、VEGF165
iPSC衍生的多巴胺能神经元 bFGF、BDNF、FGF8b、GDNF、Noggin、SHH、TGF-beta3
iPSC衍生的神经细胞 bFGF、BDNF、CNTF、GDNF、LR3 IGF-1、SHH、PDGF-BB、FGF-10
iPSC衍生的星形胶质细胞 ActivinA、BMP-4、bFGF、CNTF、EGF、LR3 IGF-1、NRGl-Beta
iPSC衍生的少突胶质细胞 HGF、LR3 IGF-1、NT-3、PDGF-AA
iPSC衍生的小胶质细胞 CD200、CX3CL1、IL-34、M-CSF、TGF-beta 1
iPSC衍生的神经祖细胞 bFGF、NT-3
iPSC衍生的心肌细胞 Activin A、BMP-4、bFGF、DKKl、SCF、TGF-beta l、Transferrin、VEGF165、Wnt 3a
iPSC衍生的胰岛细胞 ActivinA、BTC、bFGF、EGF、KGF
iPSC衍生的角膜细胞 IGF-1、LIF、IL-6、IL-11、TNF-α
iPSC基质蛋白 Vitronectin、Laminin521、Laminin511
基因编辑 Cas9、AsCas12bMAX、enCas12hf、enCas12Ultra
核酸消除 全能核酸酶及残留检测试剂盒

参考文献

[1]De Corti, M., (2015). Schéma des différents protocoles existants pour différentier des cellules souches embryonnaires ou induites en différents sous-types de neurones. In Stem Cell Differentiation Protocols: Neuronal Lineages (pp. [69]). Springer.

[2]Shi, Z., De Corti, M., (2025). Human iPSC-derived spinal neural progenitors enhance sensorimotor recovery in spinal cord-injured NOD-SCID mice via differentiation and microenvironment regulation. Stem Cell Reports.

[3]High Efficiency iPSC Reprogramming for Regenerative Medicine: RNA-LNP Complete Kits. 技术资料,2023.

[4]Lara, E., Hao, Y., Li, Z., et al. (2024). Functional maturation of human iPSC-derived motor neurons requires BDNF/GDNF-mediated synaptic integration and action potential generation. Acta Neuropathologica Communications, 14(1), 178. 

[5]Hao, Y., Li, Z., Lara, E., et al. (2025). Temporal dynamics of proteome and phosphorproteome during neuronal differentiation in the reference KOLF2.1J iPSC line [Preprint]. Sciety. 

[6]Cho, S. G., Yeo, H. C., Seok, J. K., Kim, Y. J., Jang, S. B., Lee, N. H., ... & Lee, S. W. (2025). NGF-enriched extracellular vesicles derived from urine-derived iPSC neural crest cells promote peripheral nerve regeneration. Acta Neuropathologica Communications, 13, 125.

[7]Real, R., Peter, M., Trabalza, A., Khan, S., Smith, M. A., Dopp, J., ... & De Paola, V. (2018). In vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome. Science, 362(6416), eaau1810. 

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