“随着干细胞系正在成为临床应用的候选治疗手段，其GMP符合性、安全性和符合监管要求变得越来越重要。”
随着iPSCs临床应用的增多，势必有越来越多的需求去建立标准化的克隆iPSC主细胞库（MCB）。MatriClone结合使用VIPS是一种高效的整体解决方案，可显著提高每板中iPSC 克隆的细胞活力，同时可提供其单克隆起源的影像证据。
By Masha G. Savelieff, PhD
1948年，WR Earle从小鼠皮下结缔组织中提取出了世界上第一个细胞系L-929又称“L细胞”，以此为开端，细胞培养成为了生物和医学研究中的主要内容之一。仅仅四年后，GE Gey发表了著名的永生化Hela细胞系，这是从患者Henrietta Lacks身上获取的一种人宫颈癌细胞系，之后一直被广泛使用。时至今日，细胞系已经应用于许多基础研究领域，如遗传学、表观遗传学、发育生物学等，以及在更多的疾病相关应用领域里变得不可或缺，如癌症生物学、神经退行性疾病和代谢综合征等。
已经建立有非常多的细胞培养和研究方法，来帮助回答各类研究中的问题。比如可以对细胞系（包括诱导细胞系）进行基因操作，过表达、敲除、敲出或敲入感兴趣的基因，来确定其对表型的影响。也可以对细胞系基因组进行修饰以表达标记蛋白，比如荧光蛋白，来用于成像和传感等应用；或用短的免疫原性表位标签如FLAG和人流感血凝素(HA)，用于免疫沉淀实验和细胞蛋白纯化。细胞系也适用于报告分析（reporter assays），用于在各类生物过程中提供成比例的可见读数，例如DNA修复，microRNA与mRNA靶点的结合等。细胞系最初是在二维(2D)尺度上单层培养的，到现在已经有越来越多的研究在3D细胞球和多层类器官，作为更可靠的组织和器官模型，有望广泛应用于转录组分析和药物发现上。细胞系的这些经典的和新近的应用，是生物医学研究中无数发现和进展的基础。
近年来，细胞系除了在科研中扮演着传统角色外，已经被广泛地应用于生物药的研发和生产（如CHO，HEK等），而在将细胞系应用于临床治疗方面，虽然尚未进入临床实践，但相关领域的应用开发方兴未艾，如应用于癌症(如免疫原性疫苗细胞系，或自然杀伤细胞系NK-92)，中风，以及神经退行性疾病（如ALS)的临床试验用细胞系。细胞系也可以从患者来源的皮肤组织中获得，通过对皮肤细胞(即成纤维细胞)进行重编程，将其转化为诱导多能干细胞(iPSCs)，然后分化为其他类型的细胞。诱导多能干细胞技术让基于患者遗传背景的生物医学研究成为了可能，可以获得特定疾病的个性化数据。
iPSC在神经退行性疾病中的研究应用
阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是最常见的神经退行性疾病，65岁以上的成年人中有1 / 10受到影响，主要表现为大脑皮层神经元的丧失和痴呆。帕金森氏病(PD)是第二类常见的神经退行性疾病，大脑中的多巴胺能神经元被损害并导致随后的运动障碍。而肌萎缩侧索硬化症（ALS）则是上、下运动神经元的损伤，导致肌肉萎缩和肌肉控制的丧失。“我们实验室研究许多神经退行性疾病包括AD和ALS，这些类疾病有个相似之处在于：病例普遍都是散发性的，并无已知的遗传因素,” 密歇根大学神经学教授和新兴疗法神经网络室主任，Dr Eva Feldman博士解释说。Feldman博士毕生致力于研究和理解神经退行性疾病，并将基础研究中的发现转化为临床应用。“在研究中主要的困难之一是缺乏通用的临床前疾病模型，” Feldman博士继续说道。“目前大多数ALS小鼠模型都是基于已知的突变，如SOD1或C9orf72，但其实这些突变在大多数ALS患者中并不存在，所以这样的小鼠模型远非理想。为了克服这一障碍，Feldman博士和她的团队正在开发ALS患者来源的iPSC细胞系。“这些细胞与患者有着相同的遗传背景，将其分化成神经元（或称iNeurons）并建立体外疾病模型后，可用以个性化地研究疾病的生物学机制，这是我们实验室Benjamin Murdock博士领导的一个项目。”
iPSC细胞系的另一个优点是可以分化成不同的其他类型细胞。“神经退行性疾病异常复杂。虽然主要是神经元受损，但其他类型的细胞如支持性胶质细胞，也有可能参与其中”，Hadassah医学中心，干细胞系开发专家Benjamin Reubinoff博士解释说。“我们也正在将多能干细胞分化为中枢神经系统的其他类型细胞，研究其如何影响疾病的发展。” 在最近与Feldman博士合作的著述中，Reubinoff博士证实了由患者来源的iPSCs（C9orf72突变）分化的星形胶质细胞促进了ALS的病理进程，通过增强了氧化应激导致运动神经元的损害。“这些都是重要的进展”，Reubinoff博士这样描述他的研究，“这个发现提示，在ALS或其他神经退行性疾病中，针对神经元以外的细胞类型进行探索，可能会带来潜在的新的治疗方法。” 而iPSCs正在使这些发现成为可能。
iPSC细胞系技术也正在被用于阐明其他神经退行性疾病的病理生理学，包括AD、PD和额颞叶痴呆，以及其他类疾病如心脏疾病。此外的应用还包括药物发现、个性化药物和癌症疫苗。
细胞系在ALS和AD中的医学应用
神经元丢失是神经退行性疾病的普遍特征，也是细胞治疗研究中的主要思路。“ALS(肌萎缩侧索硬化症)没有治愈方法。这是一种无情的疾病，患者在确诊后两到四年内就会死亡，” Feldman博士在她领导的密歇根ALS医学卓越中心描述她治疗ALS患者时的经历。“运动神经元损伤会导致肌肉支配神经的丧失和萎缩。不幸的是，这往往以患者呼吸衰竭告终，” Feldman博士阐述渐冻症的病理。“我们已经开始了将干细胞移植作为一种潜在的ALS治疗方法的临床试验。最初的想法是通过补充神经元数量来减缓甚至逆转运动神经元的退化。然而相反，我们发现植入的细胞是通过支持和滋养了剩余的运动神经元而减缓了疾病的进展。”
Feldman博士和她的同事Stephen Goutman博士利用的是一种被称为NSI-566RSC的干细胞系。“作为一种已建立的细胞系，我们可以繁殖和培养NSI-566RSC细胞而没有原代胚胎干细胞的伦理问题。当然，用非自体细胞系的一个缺点是免疫原性，需要给接受NSI-566RSC细胞系注射的ALS患者也注射免疫抑制剂。” 目前，NSI-566RSC细胞系已经通过了II期临床试验，结果看起来很有希望。“虽然患者的总体生存率没有增加，但NSI-566RSC脊髓注射改善了ALS患者的功能表现和综合功能/生存评分（functional/survival score），这对患者的生活质量有重要影响。我们对结果感到兴奋，并希望可以推进到三期临床试验，” Feldman博士谈到试验结果时说。曙光已现? “当然，我们也正在研究其他神经退行性疾病，” Feldman博士阐述了未来的可能方向。“阿尔茨海默氏症是一个重点。目前我们还没有进入临床试验阶段，但有一个正在进行的成功的临床前项目，是将我们的合作伙伴Thomas Haze博士开发的表达IGF1(胰岛素样生长因子1)的神经干细胞系植入AD啮齿类动物模型。”
Reubinoff博士也一直关注于干细胞系（stem cell line）的潜在临床应用。“干细胞系在再生医学或以细胞为基础的人类疾病治疗方面有着巨大的潜力，” Reubinoff博士解释他的干细胞系计划。他说:“我们已经立项，在Hadassah医疗中心生产符合GMP要求的人多能干细胞系。这些细胞系是在没有动物来源的产物的下生产的，即‘xeno-free’，也不含有可能伤害患者的动物病原体。因此，这些干细胞系非常适合临床应用。” 他说: “我们设想的是‘符合监管的’（Regulatory-Ready）、规范开发的、符合GMP要求的多功能干细胞系，其可以分化成神经细胞，也可以分化成其他类型的细胞。” 此外，Reubinoff博士和他的团队针对多发性硬化症和脑瘫，正在临床前模型中测试他们的干细胞系的安全性和有效性。
虽然细胞系对基础研究仍然是必需的，但也已经进入了生物医学领域。Feldman博士总结道: “细胞系目前和未来的临床应用是丰富的，” Reubinoff博士也表达了同样的观点，他说:“随着干细胞系正在成为临床应用的候选治疗手段，其GMP符合性、安全性和符合监管要求变得越来越重要。”