尿液细胞诱导的神经干细胞的维持、分化及功能研究

Human neural stem cells hold great promise for therapy in the neurological diseases such as spinal cord injury and Parkinson's disease.In our published work, We have established an efficient approach to generate integration-free and expandable human neural progenitor cells from human urine samples (UiNPC) by reprogramming. With our newly developed UiNPC induction protocol, neural progenitor cells can be derived from autologous urine cells rapidly and safely, thereby offering unlimited source of neural progenitor cells for transplantation therapy. Currently, the long-term maintainence, differentiation potential and function evaluation in vivo of the induced neural progenitor cells are crucial issues to address. Based on our previous results, the current project aims: 1) To achieve sustainable passage numbers of induced neural progenitor cells by optimizing the culture condition; 2) To investigate differentiation potential of the induced progenitor cells; 3) To detect the location, viability, differentiation capability, physiological function of the transplanted UiNPC，and to verify biosafty of the transplantation using animal disease models（spinal cord injury and Parkinson's disease）. Through this study, we expect to develop a method for production and assessment of UiNPC, thus establishing the basis for the clinical application of UiNPC to treat neurological diseases.

神经干细胞移植对于治疗脊髓损伤、帕金森氏病等神经系统疾病意义重大。在前期的研究中，我们成功建立了一套体外将病人尿液分离细胞直接重编程为神经干细胞（UiNPC）的技术体系，引起了广泛关注。该技术不仅操作简便，而且生物安全性高，有望解决神经疾病细胞移植治疗中细胞来源短缺的问题。本研究拟在前期工作的基础上针对UiNPC的长期维持能力、体外分化特性及体内功能进行深入系统研究，研究内容包括：（1）优化体外扩增培养体系，延长细胞稳定传代时间；（2）对所获得细胞进行特征鉴定，明确其体外的定向分化能力和分化倾向；（3）将UiNPC移植至脊髓损伤及帕金森氏病动物模型，检测移植细胞在动物体内的定位、生存、分化和功能情况及移植安全性。通过本项目的实施有望实现UiNPC的高效制备和体内外功能评价，从而为UiNPC在神经系统疾病治疗中的临床应用奠定基础。

以干细胞为基础的细胞替代治疗已经成为有效治疗神经损伤和神经退行性变等疾病的重要途径，而高效地体外获取安全的功能性神经干细胞成为神经干细胞治疗应用研究的关键性问题。在前期的研究中，我们成功地建立了一套体外将病人尿液分离细胞直接重编程为诱导性神经干细胞（UiNPC）的技术体系，可以获得自体来源的无外源基因整合的神经干细胞。为进一步将该项技术完善并推向应用，我们在本项目中进行了深入的研究，研究内容包括：1）尿液细胞直接重编程为诱导性神经干细胞的技术优化及相关机制；2）诱导性神经干细胞的体外维持和分化；3）体外分化神经元的生理功能评价；4）疾病动物模型的建立及神经干细胞的移植。目前本项目取得了重要的研究进展和成果，包括：1）从培养体系等方面优化了体外获取UiNPC的技术方法，揭示了TGFβ信号通路在UiNPC获取过程中的关键作用，并阐明了其对细胞重编程效率和重编程后细胞命运选择的具体调控作用和部分相关机制。同时也揭示了TGFβ信号通路与miR367c相互作用调控多能性干细胞神经分化的作用及相关机制；2）通过添加不同的信号分子可以在体外有效扩增UiNPC，并发现了不同培养条件下体外细胞具有不同的特性；3）UiNPC具有前脑的区域性特征，其在体外可以有效地定向分化为多巴胺能神经元。UiNPC分化产生的神经元具有正常的生理功能，与iPS细胞分化的神经元类似其可以像宿主神经元一样接受弥散性神经功能调控，可用于药物筛选；4）建立了脊髓损伤、帕金森氏病及脑缺血动物模型，将UiNPC移植至动物体内，细胞移植后可在体内良好存活并进一步分化，部分研究显示出其对机体功能障碍的改善，未见肿瘤形成。通过本项目的实施，我们建立了更为优化的体外通过重编程方式获取神经干细胞的技术平台，并对体外产生的神经干细胞的体外维持、分化及体内功能进行了有效评价，可为神经退行性疾病及神经损伤的移植治疗提供大量自体来源的神经干细胞。这一系列研究不仅对神经干细胞及细胞命运转变的理论研究具有重要的理论意义，更为进一步将诱导性神经干细胞应用于临床、寻求神经疾病的有效治疗方法奠定了基础。