最近，紐約干細(xì)胞基金會(huì)(NYSCF)研究所的科學(xué)家成功研制了一種創(chuàng)新性的、高通量機(jī)器人平臺(tái)，可使患者樣本轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞的過程自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。這種獨(dú)特的平臺(tái)NYSCF Global Stem Cell ArrayTM，首次讓研究人員能夠研究不同的人群，更好地理解疾病的根本原因，并研制個(gè)性化新療法，使精密醫(yī)學(xué)能夠用于病人護(hù)理。

       相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Nature Methods》，表明這種高效的新技術(shù)，可使患者特異性干細(xì)胞的整個(gè)產(chǎn)生過程自動(dòng)化，同時(shí)降低手動(dòng)操作產(chǎn)生的可變性。該系統(tǒng)可收集患者樣本，并將其轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)。該平臺(tái)可以將這些iPS細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成人體內(nèi)不同類型的細(xì)胞，如心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和肝細(xì)胞。NYSCF科學(xué)家研制的這個(gè)平臺(tái)，是高度模塊化的，可使定制的細(xì)胞生產(chǎn)，成為未解決問題的最好方法。

       本文共同作者、NYSCF研究所CEO和創(chuàng)始人Susan L. Solomon說：“我們的目標(biāo)是了解和治療疾病。研究人員需要在一定規(guī)模上研究基因多樣性，這意味著需要制備大量標(biāo)準(zhǔn)化的人類多能干細(xì)胞。NYSCF Global Stem Cell Array的大規(guī)模并行處理能力，使這項(xiàng)研究成為可能。”

       這一平臺(tái)可允許研究人員預(yù)期“遺傳背景不同的人對(duì)新藥物有何反應(yīng)”。這一開創(chuàng)性的技術(shù)可讓研究人員在將藥物用于患者之前，在人類細(xì)胞(而不是動(dòng)物)中確定潛在的藥物代謝和毒性問題。Solomon女士解釋說：“這有可能節(jié)省數(shù)十億美元的藥物開發(fā)費(fèi)用，并減少人們參與這些臨床試驗(yàn)的危險(xiǎn);大大減少目前用于人體臨床試驗(yàn)的時(shí)間。”

       羅氏公司藥物部高級(jí)副總裁Thomas Singer 博士說：“在培養(yǎng)基中測(cè)試數(shù)千名患者對(duì)藥物的反應(yīng)，這種能力將改變我們治療疾病的方式。我們更能了解，在加速發(fā)現(xiàn)過程的臨床試驗(yàn)階段，受試者將如何表現(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)將使我們能夠?yàn)楦嗟幕颊撸瑤砀呔鹊乃幬镏委熀蛡€(gè)性化的藥品。”

       將成人干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞所用的行業(yè)規(guī)范是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的，并且會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。目前，科學(xué)家們手動(dòng)把皮膚細(xì)胞暴露在一種分子混合物中，使它們看起來像胚胎干細(xì)胞。這種產(chǎn)生iPS細(xì)胞的手動(dòng)過程，會(huì)引入人為誤差，所產(chǎn)生的細(xì)胞系之間存在變異性，另外還需要數(shù)個(gè)月的動(dòng)手時(shí)間和不斷關(guān)注。這種自動(dòng)化的機(jī)器人平臺(tái)，可使干細(xì)胞生產(chǎn)從一種經(jīng)典的動(dòng)手方法，變成為二十一世紀(jì)的高通量標(biāo)準(zhǔn)。

       麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)Broad研究院Stanley精神病研究中心主任Steven Hyman博士稱：“這是非營利組織共同努力，獲得重要技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)很好的例子。實(shí)現(xiàn)規(guī)模和可重復(fù)性的能力，可大大增加干細(xì)胞療法的效用。”

       本研究所用的600多份皮膚樣本，來自于被確診為疑難疾病、心理健康狀況、神經(jīng)退行性疾病(如帕金森和阿爾茨海默氏病)，和其他疾病的人，以及那些沒有已知疾病的人。從這些患者制備特定類型的細(xì)胞，首次讓科學(xué)家能夠?qū)碜匀祟惢蚪M的數(shù)據(jù)，與全球人口遺傳多樣性數(shù)據(jù)合并，對(duì)“不幸的遺傳和環(huán)境因素如何可能促進(jìn)發(fā)病”提供了新的見解。此外，該平臺(tái)產(chǎn)生的細(xì)胞絕對(duì)數(shù)量，可為研究人員得出更廣泛的結(jié)論和有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的數(shù)據(jù)，提供力量。

       Michael J. Fox Foundation 首席執(zhí)行官Todd Sherer沒有參與這個(gè)平臺(tái)的研發(fā)，但是他指出：“利用NYSCF Array所產(chǎn)生的細(xì)胞系，是一種重要的工具，可幫助我們更好地理解和開發(fā)新的治療方法，防止或減緩帕金森病的進(jìn)展，尤其是，可與新興的綜合性生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)相結(jié)合。在人類細(xì)胞中快速測(cè)試假說的能力，將給我們的研究帶來極大的益處。”

       患者的細(xì)胞被重編程為iPS細(xì)胞后，這一平臺(tái)可選擇具有相似生長特性的細(xì)胞，用于進(jìn)一步研究。研究表明，當(dāng)手動(dòng)完成時(shí)，產(chǎn)生患者特異性干細(xì)胞中的這一步驟，會(huì)在細(xì)胞株之間引入顯著變異性。來自技術(shù)的這種變化可能隱藏患者之間的重要遺傳差異。這一平臺(tái)可使產(chǎn)生的多能性細(xì)胞系之間的噪聲降低，使研究人員能夠檢測(cè)到遺傳差異。此外，這一平臺(tái)還使得成年細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞的效率大大提高。

       本文資深作者、NYSCF 干細(xì)胞研究副主席Scott Noggle解釋說：“對(duì)于許多常見的疾病，如糖尿病和阿爾茨海默氏癥，利用干細(xì)胞模型來了解這些疾病，一直依賴于一些罕見的基因突變，它們只影響所有患者中的一小部分。然而，使用干細(xì)胞模型，我們很難研究影響大多數(shù)患者的更常見的遺傳危險(xiǎn)因素。我們的自動(dòng)化系統(tǒng)將使我們能夠開展大型干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，來了解這些風(fēng)險(xiǎn)因素是如何直接導(dǎo)致疾病的。”

原文標(biāo)題：Automated, high-throughput derivation, characterization and differentiation of induced pluripotent stem cells