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使用人多能干细胞衍生的人类肢体骨骼发育进行建模
预印本（未通过同行评审认证）是作者/资助者。保留所有权利。未经许可就不允许重复使用。此版本的版权持有人于2025年1月10日发布。 https://doi.org/10.1101/2025.01.09.631479 doi：Biorxiv Preprint
在微尺度液滴中培养多能干细胞可调节芯片上类器官的分化和组织模式
多能干细胞 (PSC) 的分化及其向类器官的自组织受到细胞间相互作用的影响，这些相互作用由接触和分泌分子介导。由于限制和小的培养体积，这些相互作用在微流体液滴中得到增强。然而，尚未对液滴内 PSC 的培养及其微环境的影响进行全面研究。在本研究中，我们提出了一个液滴平台，用于在细胞定型的各个阶段对 PSC 进行 3D 培养。我们展示了 PSC 分化为三个胚层以及在液滴内形成类器官的可行性。我们的研究结果表明，在密闭空间中培养 PSC 可以调节细胞命运决定，通过依次诱导不同分化细胞群的生长和迁移来促进类原肠胚中的组织模式形成，并促进心脏类器官的自组织。这种技术方法为体外调节组织自模式形成的内在因素提供了独特的见解。
丝氨酸整合酶 BxbI 高度增强人类多能干细胞中的转基因整合
现代基因组工程技术已经能够以有针对性的方式对哺乳动物细胞进行改造，从单核苷酸改变到插入更大的转基因有效载荷。然而，利用靶向核酸酶（如 CRISPR/Cas9）的方法依赖于细胞 DNA 修复机制进行同源定向修复介导的整合，需要产生暴露的 DNA 双链断裂 (DSB)，在插入较大的 DNA 货物时效率极低，并且经常导致不必要的编辑结果 1–4 。人类多能干细胞 (hPSC) 通过整合治疗有效载荷基因并分化为所需的细胞类型，为细胞治疗应用提供了巨大的潜力 5–8 然而，hPSC 特别难以工程化，因为它们易受 p53 介导的 DNA 损伤反应诱导的细胞凋亡的影响 9,10 。丝氨酸整合酶（例如 BxbI）不依赖于细胞机制并且不被认为产生暴露的 DSB，因此最近它们已被用于成功地将大有效载荷整合到 hPSC 中，既直接整合到预先设计的着陆垫中 11-13 ，也与 Cas9 介导的靶向结合使用 14-16 。通过整合选择标记 11,17,18 ，可以生成 100％ 工程化的 hPSC 群体，但是如果没有选择，报告的靶向效率仍然非常低，通常低于 1％ 13,18 。许多应用将受益于 hPSC 中大有效载荷的更高整合效率，因此一直在努力开发更有效的 BxbI 蛋白，但是到目前为止，这些努力仅导致 hPSC 靶向效率达到 3.8％ 16,19 。在本研究中，我们着手测试是否可以通过优化核苷酸序列、递送方法和抑制 p53 通路来提高 BxbI 整合酶在 hPSC 中的靶向效率。
STRAIGHT-IN Dual：一种将 DNA 有效载荷和基因回路以双重、单拷贝方式整合到人类诱导性多能干细胞中的平台
将 DNA 有效载荷靶向人类 (h)iPSC 涉及多个耗时、低效的步骤，每个构建体都必须重复这些步骤。在这里，我们介绍了 STRAIGHT-IN Dual，它能够在一周内以 100% 的效率同时、等位基因特异性、单拷贝整合两个 DNA 有效载荷。值得注意的是，STRAIGHT-IN Dual 利用 STRAIGHT-IN 平台实现几乎无疤痕的货物整合，促进组件回收以进行后续的细胞修饰。使用 STRAIGHT-IN Dual，我们研究了启动子选择和基因语法如何影响转基因沉默，并展示了这些设计特征对 hiPSC 向神经元正向编程的影响。此外，我们设计了一种格拉瑞韦诱导的 synZiFTR 系统来补充广泛使用的四环素诱导系统，提供转录因子和功能报告基因的独立、可调和时间控制的表达。 STRAIGHT-IN Dual 生成同质基因工程 hiPSC 群体的空前效率和速度代表了合成生物学在干细胞应用领域的重大进步，并为精准细胞工程开辟了机会。
一个用于工程性低下多能干细胞的单步过程
平台，它可以通过DNA结合CAS和DNA修饰脱氨酶组成的基础编辑器的模块化组件，该基础编辑器通过在序列靶向指导指南RNA（GRNA）中编码的适体相关的Deaminase组件组成。由于适体依赖于脱氨酶成分靶向DNA序列，PIN点平台唯一地允许多对单个Cas Nickase组件进行多用作用于同时多发性基础编辑和靶向的转基因敲入。编码由大鼠APOBEC1和SPCAS9 NICKASE组成的PIN点基本编辑器的mRNA瞬时传递与合成适性剂编码的GRNA结合使用，可实现耐用的靶蛋白敲除，并显着提高了细胞生存能力，编辑效率，以及与CRISPR-CasS9相比，基因组的编辑效率和基因组完整性均与CRISPR-CasS9相比。为了演示同种异体PSC工程的PIN点平台的实用性，我们使用自动化的克隆跟踪和拾取工作流进行了一系列基因型，生成了一组克隆性低下IPSC线。通过多重碱基编辑和同时进行靶向转基因整合的碱基编辑生成的低免疫原性IPSC系列保留了多能性，并在区别为治疗细胞产物时表现出预期的人白细胞抗原（HLA）表型。因此，PIN点平台代表了一种安全有效的解决方案，可以通过与下游自动化兼容的新型单步过程同时执行多个基因组工程操作，从而提供了极大地简化同种异体IPSC衍生细胞疗法的开发的机会。
来自人类诱导性多能干细胞的 TREM2 修饰小胶质细胞中 TREM2 相关衔接蛋白 DAP12 的差异表达
人类小胶质细胞是必需的免疫细胞，可通过调查和协助清理周围环境来帮助调节中枢神经系统 (CNS) 的稳态微环境。在阿尔茨海默病 (AD) 中，患者的神经元周围 β-淀粉样斑块增多，这被认为是由小胶质细胞功能障碍引起的。AD 的遗传风险因素包括 APOE4 等位基因和 TREM2 变异，但原代细胞和组织的可用性有限限制了进行全面研究以更好地了解遗传影响的能力。在此，我们建议使用由 TREM2 修饰的 iPSC 系产生的人类诱导多能干细胞 (iPSC) 衍生的小胶质细胞作为小胶质细胞的现成来源，用于研究与神经退行性疾病相关的机制。
人类诱导性多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 用于模拟心律失常：优势、挑战和潜在解决方案
心脏二元组中的离子通道和细胞骨架蛋白在维持兴奋-收缩 (EC) 耦合和提供心脏稳态方面发挥着关键作用。这些二元组蛋白质的功能变化，无论是由遗传、表观遗传、代谢、治疗还是环境因素引起的，都会破坏正常的心脏电生理学，导致异常的 EC 耦合和心律失常。动物模型和异源细胞培养为基础心脏研究提供了阐明心律失常发病机制的平台；然而，这些传统系统并不能真正反映人类心脏电病理生理学。值得注意的是，具有相同遗传性通道病 (ICC) 基因变异的患者通常表现出不完全的外显率和不同的表现度，这强调了建立患者特定疾病模型以理解心律失常的机制途径和确定个性化疗法的必要性。患者特异性诱导多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 继承了患者的遗传背景，并反映了天然心肌细胞的电生理特征。因此，iPSC-CM 为心脏病建模和治疗筛选提供了一个创新且具有转化价值的关键平台。在这篇综述中，我们将研究患者特异性 iPSC-CM 如何在历史上演变为在培养皿中模拟心律失常综合征，以及它们在理解特定离子通道及其功能特征在引起心律失常中的作用方面的实用性。我们还将研究 CRISPR/Cas9 如何实现基于患者独立和变异诱导的 iPSC-CM 的心律失常模型的建立。接下来，我们将研究使用人类 iPSC-CM 进行体外心律失常建模的局限性，这种建模源于 iPSC 的变化或 iPSC 或 iPSC-CM 基因编辑引起的毒性，并探索如何解决这些障碍。重要的是，我们还将讨论新型 3D iPSC-CM 模型如何更好地捕捉体外特征，以及全光学平台如何提供非侵入性和高通量电生理数据，这些数据可用于分层新出现的心律失常变异和药物发现。最后，我们将研究提高 iPSC-CM 成熟度的策略，包括强大的基因编辑和光遗传学工具，这些工具可以在 iPSC-CM 中引入/修改特定离子通道并定制细胞和功能特征。我们预计 iPSC、新型基因编辑、3D 培养和细胞培养的协同作用将在未来几年内实现。
鉴定多能胚胎干细胞生物学的钥匙细胞 - 细胞相互作用
上下文细胞间交流对于多细胞生物的发展和维护至关重要。最近的研究强调了哺乳动物胚胎中胚外细胞（滋养剂和低纤维细胞）和多能胚胎细胞（epiblast）之间通信的重要性[1,2,3]。具体而言，由小细胞产生的细胞外基质在控制多脂蛋白层状干细胞的细胞增殖中起关键作用。我们对猪胚胎干细胞的研究已经证实了细胞外基质在影响调节层细胞多能性的信号通路和转录因子中的重要性[4]。我们最原始的观察结果之一依赖于四叠蛋白CD9，CD81和CD63表达的检测主要是在滋养剂中（未发表）。这些四翼烷蛋白是细胞外囊泡（EV）的已知标记，它们是各种细胞类型的小脂质囊泡[5]。evs参与将信号蛋白，细胞因子和转录因子转运到受体细胞，影响各种过程，包括免疫反应，肿瘤进展和胚胎发育[6,7]。尽管已经在小鼠胚胎中研究了胚胎和胚外细胞之间的EV介导的细胞对细胞通信，但焦点主要是由小鼠多能干细胞分泌的电动汽车[8,9]。这项研究旨在研究EVS在促进交流和影响这些细胞类型的生物学的促进性滋养剂细胞和多能细胞分泌的电动汽车的作用。这项研究由ANR STEM4PIGS（2025-2028）资助，并将支持从2025年9月开始的博士生。
使用人类诱导的多能干细胞衍生的感光细胞和视网膜色素上皮细胞
自从发现诱导的多能干细胞（IPSC）技术以来，已经有许多尝试创建遗传性视网膜疾病（IRD）的细胞模型来研究致病过程以促进目标发现和验证活动。一致性仍然是确定这些发现的效用的关键。尽管一致性很重要，但质量控制指标仍未得到广泛使用。在这篇综述中，提供了用于利用IPSC技术生成感光器，视网膜色素上皮细胞和类器官疾病模型的工具包。在开发IPSC衍生的IRD模型（例如IPSC来源）时，讨论了重新编程方法，质量控制指标，控制策略和分化协议时的考虑。剖析了各种IPSC IRD模型，并讨论了基于IPSC的疾病建模的科学障碍，以概述当前方法和未来的方向。