למרות שתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים אנושיים (hiPSCs) מציעים הזדמנויות מבטיחות לטיפולים תאיים מותאמים אישית, היישום הקליני שלהם עומד בפני אתגרים גדולים, כולל גידוליות, אימונוגניות והטרוגניות פנוטיפית ותפקודית1, המשפיעים על בטיחותם, יעילותם וחסכוניותם. יתר על כן, אבות המחויבים לשושלת שמקורם בקווי hiPSC קונבנציונליים ומוקדמים נוצרים עם יעילות התמיינות אינטרקווית משתנה מאוד2, ומציגים השתלה ופונקציונליות מוגבלת in vivo. עם זאת, ניתן להתגבר על מגבלות כאלה באמצעות שיטות תכנות מחדש אופטימליות3 או מצבי תאי גזע חלופיים 4,5.
למרות שיעילות התכנות מחדש של תאים סומטיים בעור או בדם ל-hiPSC נמוכה (~0.01%-2%)6, ניתן להשיג תכנות מחדש אופטימלי ביותר של ארבעה גורמים של אבות CB ויכול להגיע ליעילות בתפזורת של עד 50% בתנאי תרבית משותפת המופעלים על ידי גזע סטרומלי מזנכימלי (MSC)7. במערכת זו, תכנות מחדש תאי של אבות מיאלואידים CB הואץ על ידי אותות סטרומה מסיסים ותלויי מגע. קווי hiPSC אפיזומליים שמקורם בסטרומה (SP) התמיינו לאבות כלי דם (VP) עם יעילות גבוהה יותר מאשרhiPSC 3,5 שמקורו בפיברובלסטים קונבנציונליים. VP שמקורו ב-SP-CB-iPSC הפגין זהות שעתוק עוברית אותנטית יותר של VP, הזדקנות מופחתת ורגישות לנזק ל-DNA 3,4. VP שמקורו ב-SP-CB-iPSC הוכיח גם השתלה חזקה יותר in vivo מאשר VP קונבנציונאלי שמקורו ב-hiPSC לאחר השתלה מערכתית או ישירה לתוך הזגוגית של עכברים בוגרים פגועים באיסכמיה ברשתית 3,4.
צימרלין ועמיתיו הקימו מערכת תכנות מחדש כימית דו-שלבית ('LIF-5i -> LIF-3i') המעבירה תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים קונבנציונליים למצב TIRN-SC עם פוטנציאל התמיינות רב שושלותמשופר 5. אבות כלי דם מובחנים שמקורם ב-TIRN-SC הפגינו פונקציונליות גבוהה יותר, יציבות גנומית גדולה יותר והשתלת in vivo מעולה, כפי שמוצג על ידי יכולתם המשופרת לנדוד לשכבות העצביות העמוקות של הרשתית האיסכמית4. TIRN-SC עבר תכנות מחדש פרוטאוגנומי כדי לרכוש מצב דמוי בלסטומיר היברידי פונקציונלי עם תרומה גבוהה בבדיקת הכימרה הבין-ספציפית8. TIRN-SC שמרו על ביטוי DNMT1 והיו מוגנים מפני שחיקה באזורים מוטבעים גנומיים עם מתילציה של CpG. מעניין ש-SP-CB-hiPSC הוחזרו ל-TIRN-SC בצורה יעילה יותר מאשר hiPSC שנגזר בשיטות חלופיות ופחות יעילות 5,9.
לפיכך, TIRN-SCs הם מצב תאי גזע חלופי עם יכולת התמיינות רב-שושלת משופרת ותרומת כימרה יעילה. אופטימיזציה נוספת של
תכנות מחדש של TIRN-SC בתנאי תרבית מוגדרים התואמים ל-cGMP יקל על יצירת מגוון רחב של סוגי תאים ורקמות פונקציונליים הניתנים להשתלה לטיפולים. כדי לענות על הצורך באבות טיפוליים חסכוניים, ניתן ליישם שיטות אלה כדי לייצר בנקים בדרגת cGMP של 'תורם אוניברסלי' TIRN-SC (UTIRN-SC) באמצעות CD34+ CB המטופויאטי המוגדר על ידי HLA או אבות דם היקפיים. אבות שמקורם ב-UTIRN-SC המוגדרים על ידי HLA יכולים לשרת את הצרכים של מספר גדול יותר של חולים הזקוקים להתחדשות מיידית ורב-שושלת של רקמות מורכבות.
הפרדיגמות שפותחו להשתלת מח עצם קלינית (BMT) עשויות להנחות את הפיתוח של בנקים UTIRN-SC מתאי גזע המטופויאטיים תואמים חלקית ל-HLA, או זהים ל-HLA-haplo ממרשמי תורמים לאומיים. ניתוח חישובי גלובלי חזוי של 10 ההפלוטיפים המובילים המשולבים מ-18 מדינות, כולל ארה"ב, יספק כיסוי ממוצע של 68.4% למטופלים מ-hiPSC 'haplobanks' כאלה10. בנק UTIRN-SC מוגדר יכול לא רק לספק אבות המחויבים לשושלת, אלא גם לתמוך ביישומי TIRN-SC טיפוליים של מערכות השלמה בלסטוציסטיות בין-ספציפיות בתוך חיות בית (למשל, חזירים) לדור איברים שלמים11,12, כולל יצירת אבות המטופויאטיים מעוררי סבילות להפחתת דחיית השתל באוכלוסיות עם מגוון גנטי רחב (למשל, ארה"ב).
פרוטוקול תכנות מחדש מותאם זה ליצירת קווי XF/FF hiPSC מוכשרים ל-TIRN הוא צעד ראשון לפיתוח בנקים עתידיים תואמי cGMP UTIRN-SC. פרוטוקול זה מתאר תכנות מחדש של סטרומה ואימות פונקציונלי של אבות מיאלואידים CB אנושיים לקווי XF-hiPSC קונבנציונליים. XF-hiPSC אלה הדגימו חזרה קלה ל-TIRN-SC, עם יעילות דומה לשיטות שאינן XF7 והשיגו פלוריפוטנטיות תפקודית בלתי מוגבלת, כולל יכולת משופרת לייצר טרטומות מופחתות שושלת מעוצבות היטב (ביחס ל-XF-hiPSC איזוגני)4,5,9. אנו גם מתארים פרוטוקולים המאמתים XF-hiPSC שהוחזר על ידי TIRN עבור ההתמיינות הישירה המשופרת והחזקה שלהם לשושלות המטווסקולריות.