Chociaż ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (hiPSC) oferują obiecujące możliwości spersonalizowanych terapii komórkowych, ich zastosowanie kliniczne wiąże się z poważnymi wyzwaniami, w tym rakotwórczością, immunogennością oraz heterogenicznością fenotypową i funkcjonalną1, które wpływają na ich bezpieczeństwo, skuteczność i opłacalność. Co więcej, genetorowie zaangażowani w linię wywodzący się z konwencjonalnych, zagruntowanych linii hiPSC są generowani z bardzo zmienną wydajnością różnicowania międzyliniowego2 i wykazują ograniczone wszczepienie i funkcjonalność in vivo. Ograniczenia te można jednak przezwyciężyć za pomocą zoptymalizowanych metod przeprogramowania3 lub alternatywnych stanów komórek macierzystych 4,5.
Chociaż niewirusowa skuteczność przeprogramowania episomalnego komórek somatycznych skóry lub krwi w hiPSC jest niska (~0,01%-2%)6, można osiągnąć wysoce zoptymalizowane czteroczynnikowe przeprogramowanie progenitorów CB i może osiągnąć do 50% wydajności masowej w warunkach kohodowli aktywowanej mezenchymalnym progenitorem zrębu (MSC)7. W tym systemie przeprogramowanie komórkowe komórek progenitorowych szpiku CB zostało przyspieszone przez rozpuszczalne i zależne od kontaktu sygnały zrębowe. Episomalne linie hiPSC pochodzące z CB pochodzącego ze zrębu (SP) różnicowały się w progenitory naczyniowe (VP) z wyższą skutecznością niż konwencjonalne hiPSC 3,5 pochodzące z fibroblastów. VP pochodząca z SP-CB-iPSC wykazywała bardziej autentyczną embrionalną tożsamość transkrypcyjną VP, zmniejszone starzenie się i wrażliwość na uszkodzenia DNA 3,4. VP pochodząca z SP-CB-iPSC wykazała również bardziej niezawodne wszczepienie in vivo niż konwencjonalne VP pochodzące z hiPSC po ogólnoustrojowym lub bezpośrednim przeszczepie do ciała szklistego dorosłego myszy z niedoborem odporności z uszkodzeniem niedokrwienia i reperfuzji siatkówki 3,4.
Zimmerlin i wsp. opracowali dwuetapowy system przeprogramowania chemicznego ("LIF-5i -> LIF-3i"), który przekształca zapoczątkowane, konwencjonalne ludzkie pluripotencjalne komórki macierzyste w stan TIRN-SC o zwiększonym potencjale różnicowania wieloliniowego5. Zróżnicowane progenitory naczyniowe pochodzące z TIRN-SC wykazywały wyższą funkcjonalność, większą stabilność genomu i lepsze wszczepienie in vivo, o czym świadczy ich lepsza zdolność do migracji i rewaskularyzacji głębokich warstw nerwowych niedokrwionej siatkówki4. TIRN-SC poddano przeprogramowaniu proteogenomicznemu w celu uzyskania funkcjonalnego hybrydowego stanu podobnego do blastomeru o dużym udziale w międzygatunkowym teście chimery8. TIRN-SC utrzymywały ekspresję DNMT1 i były chronione przed erozją w regionach genomowych wdrukowanych w metylację CpG. Co ciekawe, SP-CB-hiPSC zostały przekształcone w TIRN-SC bardziej efektywnie niż hiPSC uzyskane za pomocą alternatywnych, mniej wydajnych metod 5,9.
Tak więc TIRN-SC są alternatywnym stanem komórek macierzystych o ulepszonej zdolności różnicowania wielu linii i efektywnym udziale chimery. Dalsza optymalizacja
Przeprogramowanie TIRN-SC w zdefiniowanych, zgodnych z cGMP warunkach hodowli ułatwi generowanie szerokiej gamy funkcjonalnych, możliwych do wszczepienia typów komórek i tkanek do terapii. Aby zaspokoić zapotrzebowanie na opłacalne terapeutyczne czynniki progenitorowe, metody te mogą być stosowane do tworzenia banków klasy cGMP "uniwersalnego dawcy" TIRN-SC (UTIRN-SC) przy użyciu zdefiniowanych przez HLA hematopoetycznych CB CD34+ lub progenitorów krwi obwodowej. Zdefiniowane przez HLA komórki progenitorowe UTIRN-SC mogą zaspokoić potrzeby większej liczby pacjentów wymagających natychmiastowej, wieloliniowej regeneracji złożonych tkanek.
Paradygmaty opracowane dla klinicznego przeszczepiania szpiku kostnego (BMT) mogą ukierunkować rozwój banków UTIRN-SC z częściowo dopasowanych do HLA lub identycznych z HLA hematopoetycznymi komórek macierzystych z krajowych rejestrów dawców. Predykcyjna, globalna analiza obliczeniowa połączonych 10 najpopularniejszych haplotypów z 18 krajów, w tym z USA, wykazałaby, że średni odsetek pacjentów objętych takimi haplobankami hiPSC wynosi 68,4%10. Zdefiniowany bank UTIRN-SC mógłby nie tylko dostarczyć genetorów progenitorowych zaangażowanych w linię, ale także wspierać terapeutyczne zastosowania TIRN-SC międzygatunkowych systemów komplementacji blastocyst u zwierząt domowych (np. świń) do generacji całych narządów 11,12, w tym generacji indukujących tolerancję komórek progenitycznych hematopoetycznych w celu zmniejszenia odrzucenia przeszczepu w populacjach o szerokiej różnorodności genetycznej (np. USA).
Ten zmodyfikowany protokół przeprogramowania do generowania linii XF/FF hiPSC kompetentnych dla TIRN jest pierwszym krokiem do opracowania przyszłych banków UTIRN-SC zgodnych z cGMP. Protokół ten przedstawia stopniowe przeprogramowanie zrębu i walidację funkcjonalną ludzkich komórek progenitorowych szpiku CB w konwencjonalne linie XF-hiPSC. Te XF-hiPSC wykazały łatwą rewersję do TIRN-SC, ze skutecznością podobną do metod innych niż XF7 i osiągnęły nieograniczoną funkcjonalną pluripotencję, w tym zwiększoną zdolność do wytwarzania dobrze uformowanych potworniaków o obniżonym odchyleniu linii (w stosunku do izogenicznie zagruntowanego XF-hiPSC)4,5,9. Przedstawiamy również protokoły, które weryfikują XF-hiPSC odwrócony przez TIRN pod kątem ich ulepszonego i solidnego bezpośredniego różnicowania z liniami hematonaczyniowymi.