生物工程论文
2006年，Takahashi K等[1]利用外源性多潜能基因正式建立了重编程小鼠体细胞的新方法，这株已建立的细胞系被命名为诱导性多能干细胞（in-duced pluripotent stem cells,iPSCs），这种表现出与胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）同样的多潜能性和自我更新能力。次年，同组研究人员又成功将人体细胞重编程为iPSCs.随后学者纷纷展开对iPSCs的探讨与研究。
2007年Hanna J等[2]利用小鼠iPSCs成功治疗了小鼠的镰状红细胞贫血症；2009年Xu等利用iPSCs诱导来的内皮前体细胞和内皮细胞成功治疗血友病A,同年美国研究者Lee等[3]建立了家族性植物神经功能不全症的细胞模型，为治疗单基因遗传疾病提供了理论和实践基础；2012年Song B等[4]将人类肾小球系膜细胞重新编程后的iPSCs经过诱导后移植到肾脏内，发现这些细胞具有肾小球足细胞的特征，解决了肾小球诱导分化困难的问题；帕金森病（Parkinson's dis-ease,PD）是缺少中脑多巴胺神经元引起的，2013年Yoshikawa T等[5]将iPSCs诱导为多巴胺能神经元细胞，然后移植到大鼠PD模型中，能有效缓解其症状，并改善其行为，此项研究为一些神经系统功能性损伤及缺失的疾病带 来 了 希 望；2014年Ye L等[6]将人来源的iPSCs诱导为心血管类细胞用于治疗猪心肌梗死模型，这项发现证明了iPSCs在大型动物心肌梗死模型中对心脏修复具有很大的潜力。
iPSCs的发现将能够解决再生细胞疗法所带来的诸多问题，尤其是在临床应用上，iPSCs将有望解决免疫排斥反应和伦理道德问题，这在胚胎干细胞时期是不能解决的。然而，随着研究者对iPSCs的不断研究，新的问题又出现了。例如，iPSCs应用于临床的首要问题就是致癌风险；其次是分化机制还不明确，iPSCs的诱导分化不是单一和定向的，其分化产物可能是多种类型的细胞，而且还可能存在iPSCs,这对于临床应用是很不利的；还有移植后的功能细胞能否稳定地发挥功效和如何评价iPSCs的安全性，是不能忽略的问题；另外，患者的iPSCs是否能够作为细胞来源应用于患者，也是重点突破的难题之一[7].本文着重讨论了iPSCs的起源，目前所掌握的技术和未来人类iPSCs应用于临床的方法。
1 iPS细胞的起源
iPS技术的起源是建立在三大主流研究的基础上的[8].首先是细胞核移植导致的重编程。
1962年，John Gurdon利用来自成体青蛙肠细胞的细胞核移植到未受精的受精卵中，从而发育得到了成熟的蝌蚪。相隔35年后，世界上第1只克隆羊多莉诞生，这是Ian Wilmut等利用乳腺上皮细胞进行体细胞克隆产生的哺乳动物。
4年后，Takashi Tada等证明了ESCs含有同样能进行体细胞重组的相关因子。其 次 是 “首 要 调 控 子 ”的 产 生。
1987年，Schneuwly等和Davis等都发现了能决定和诱导给定系统命运的一个转录因子，并将其命名为“首要调控子”.随后，有许多科学家们开始寻找能够调控多个系统的单一首要调控因子，虽然结果并不理想，但Li J等[9]还是证明调控因子β-arrestin1不仅在关节炎的发病机制中起关键作用，还可以在风湿性关节炎的诊断上起标志性的作用。最后是ESCs的相关研究。
1981年，第1例小鼠ESCs产生，1988年，Austin Smith等建立了能够长时间保持其多能性的培养条件体系，其维持小鼠ESCs的关键因子是白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor,LIF）.同年，Thomson等研究出人类的ESCs,并建立了含碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growthfactor,bFGF）的最佳培养体系。
通过 前 面 三 个 主 流 研 究 的 结 合，Shinya Ya-manaka等人利用假设，导致体细胞重编程回到胚胎状态的是卵母细胞和ESCs中的许多因子的组合，并设计试验证明了这种组合，因此，得到产生iPSCs的4个因子，分别是Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc.
2 iPS细胞的诱导方法
科学家最早利用Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc 4个基因重编程直接获得iPS细胞，但是其诱导效率并不高，而且就某种意义而言，这四个基因重编程也是间接的过程，因为在重编程过程中这4个基因本身就有数百万个基因呈瞬时上调和下调的表达，外部环境对其诱导的效率起了至关重要的作用。随后科学家们通过进一步研究，利用腺病毒、仙台病毒、质粒、合成RNAs和蛋白质以及导入一些小分子化合物等方法产生iPS细胞[10].iPS重编程过程中，基因的选择至关重要，目前已知的候选基因有Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4、Nanog、Lin-28等，但是在研究中有研究者发现，除了Oct4外其他的基因都可被其他转录因子所代替，因此这也间接证明了Oct4是诱导形成iPS细胞的必需基因。利用转录因子诱导的效率极低，Okita等利用质粒转染技术重编程小鼠胚胎成纤维细胞7d后成功诱导出iPS细胞，与使用腺病毒载体一样，质粒载体的效率比反转录病毒载体来说更低。因此，科学家们不断探索，不断寻求新的方法提高诱导效率。
2009年，美国Scripps研究所发现，在培养液中加入一些小分子化合物如SB43142和PD0325901时，可以显着提高重编程的效率。
Huang等在研究中发现，加入丙戊酸（valproic acid,VPA）就可将人类成纤维细胞重编程为iPS细胞，提高诱导效率。
还有研究者发现维生素C可促进基因的表达，从而加速体细胞进入重编程状态，在培养过程中添加维生素C可 提 高iPS重 编 程 效 率。
2010年，德 国Scholer实验室研究表明，在细胞重新编码过程中，染色体重塑复合物起着关键作用，其中特定的部分---蛋白质Brg1、Baf155和Ini1可以显着提高体细胞转化为多能干细胞的效率。
2013年，Trokovic等将通过逆转录病毒载体或仙台病毒载体介导目的基因的异位表达，在无饲养层且含有适宜的培养基条件下，可以使人类骨骼成肌细胞达到和人类成纤维细胞一样的重编程效率，随后，加入组蛋白脱乙酰酶抑制剂丙戊酸钠（VPA）、丁酸钠（NaB）和ALK4/5/7抑制剂SB431542（SB），能明显提高人类骨骼成肌细胞重编程为iPS细胞的诱导效率[11-12].目前在实验室应用最多的是质粒和仙台病毒，在再生医学方面应用最多的是附加型质粒，在体外研究应用最多的是逆转录病毒或是质粒。目前，已建成的iPS细胞系的物种有小鼠、大鼠、猴子、猪和绵羊。关于人类的iPS细胞完整的细胞系虽然没有建成，但是针对人特异性疾病的人iPS细胞系已经建立。