誘導性多能幹細胞（iPSCs）技術的發展是現代生物醫學領域的一大突破，特別是在再生醫學、疾病研究和藥物開發方面取得了顯著進展。這項技術不僅提供了探索細胞命運轉變的全新途徑，還為個性化醫療和治療難治性疾病帶來了新的希望。自 2006 年山中伸彌教授及其團隊首次成功實現成體細胞重編程以來，iPSCs 技術已迅速推動再生醫學的發展。 

誘導性多能幹細胞（iPSCs）是由成體細胞通過基因重編程技術轉變而來的多能性幹細胞。它們具備與胚胎幹細胞類似的分化潛力，能夠分化為體內幾乎所有的細胞類型，從而成為再生醫學和疾病研究中的重要工具。 

iPSCs 的生成過程涉及將特定的轉錄因子（如 Oct4、Sox2、Klf4 和 Myc）引入成體細胞，這些因子共同作用，重編程細胞的基因表達，使成體細胞回到多能性狀態。 

疾病建模與藥物篩選

iPSCs 可從患者的體細胞中衍生，生成具有患者特異性特徵的細胞模型。這使研究人員能夠在體外研究疾病的發病機制，並進行高通量的藥物篩選，以尋找潛在的治療方法。

例如: 可使用 iPSC 衍生細胞模擬人類發育、人類疾病、神經退化性疾病、神經發育和精神疾病等。

細胞療法

由於 iPSCs 具有自我更新和分化為多種細胞類型的能力，它們被視為再生醫學中的一個重要資源。研究者正在探索利用 iPSCs 製備自體或同種異體的細胞療法，用於治療各種疾病，包括神經退行性疾病、心血管疾病等。

基因治療

iPSCs 提供了一個平台，可以在體外進行基因編輯，然後將修正過的細胞回輸到患者體內，從而達到治療效果。這種方法在治療遺傳性疾病方面具有巨大的潛力。

iPSC 衍生細胞最常見的應用是疾病模型構建。一個關鍵優勢是 iPSC 技術可以從患有特定疾病並攜帶致病突變或遺傳風險因素的患者體細胞中衍生成 iPSCs。這些具有與疾病相關的遺傳背景的 iPSCs 隨後可以分化為有疾病的細胞類型，從而顯現出疾病特有的表型。例如，從家族性阿茲海默症患者的 iPSCs 分化出的神經元能再現β-澱粉樣蛋白病理、Tau 蛋白磷酸化等阿茲海默症患者中觀察到的表型。另一種方法是通過 CRISPR / Cas9 基因編輯技術引入與疾病相關的突變，從而構建同基因型的疾病模型。同基因型細胞株可以透過修復患者衍生的 iPSCs 中的致病突變來生成，以獲得野生型對照 iPSC 細胞株。患者衍生的 iPSCs 和修復後的對照 iPSCs，除了致病突變或遺傳風險變異外，其他遺傳背景完全相同。像是從亞歷山大病患者的 iPSCs 分化出的星形膠質細胞顯示出由 GFAP 突變引起的疾病特異性表型，而修復後的同基因型對照細胞。

iPSC 衍生細胞似胎兒樣的表型以及缺乏與老化相關的細胞特徵使得 iPSC 較難模擬人類老化相關疾病，因為體細胞重編程為 iPSC 的過程幾乎完全消除了與老化相關的表觀遺傳標記和表型。然而，學者們仍開發出多種在 iPSC 衍生細胞中誘導衰老相關表型的方法。 

原代癌細胞是研究腫瘤細胞生物學及治療反應的常用細胞模型，但這些細胞已經是癌化的細胞。若想了解原代癌細胞是如何形成的，並探討是什麼因素主導了細胞內平衡的失調並引發癌症的發生，可以藉由 iPSC 技術來研究各種體細胞突變和其他事件如何重新編排正常細胞的分子和細胞程序，從而使其轉化為癌細胞。

對 iPSCs 進行基因操作並將其後續分化為與癌症相關的細胞類型，可以用來建立癌症演化模型，這些模型反應了體細胞逐步的突變和癌細胞的大量增生。

從攜帶 APC 基因突變（與家族性結直腸癌相關）患者的細胞衍生而來 iPSC 結腸類器官，與野生型對照相比，有較高的 WNT 信號通路活性以及更多的上皮細胞增殖。

還有像是將急性髓性白血病相關的各種驅動突變引入 iPSCs，並將其後續分化為造血祖細胞，可以模擬從癌前細胞狀態到可移植白血病的白血病轉化。在白血病發生過程中，對基因表達進行高通量分析，結果顯示有多種分子途徑會促進腫瘤形成，例如發炎信號的失調。

總結來說，通過基因操作 iPSC 並分化為癌症相關細胞，能夠建立癌症演化模型，幫助理解腫瘤生成過程及其分子途徑，進而推動癌症的早期篩查和預防。

由於 iPSC 衍生細胞源自人類，它們可作為臨床前平台，用於測試藥物的療效與毒性，並揭示藥物作用的特定人類分子機制。各種體細胞類型，包括難以從原代來源獲取的細胞，都可以從攜帶相關致病突變或遺傳風險變異的疾病特異性 iPSC 中衍生，從而在特定的遺傳背景下評估藥物療效。此外，iPSC 技術可以擴展應用於高通量藥物篩選，測試數千種小分子候選藥物。例如，Gu 等人基於 caspase 3 / 7 活性對 4500 種化合物進行生存篩選，成功鑑定出可抑制細胞凋亡的藥物，從而減少來自肺動脈高壓患者 iPSC 衍生內皮細胞的死亡。當 iPSC 技術與高通量影像分析系統結合時，藥物篩選分析還可以用於評估更複雜的細胞表型，例如細胞形態變化或疾病相關蛋白聚集的累積。Park 等人開發了一種高通量藥物篩選流程，專門用於評估來自阿茲海默症患者 iPSC 衍生大腦類器官中的類澱粉 β 與 tau 病理變化。

雖然 T 細胞、NK 細胞和間質幹細胞等初級細胞可用於自體細胞療法，但神經元等其他細胞無法直接採集移植。此外，初級細胞的品質可能受疾病或遺傳突變影響，並存在異質性。iPSC 技術可克服這些限制，因為 iPSCs 可經基因工程改造、細胞擴增，並分化為多種體細胞類型。此外，相較於胚胎幹細胞（ESC），iPSC 細胞療法倫理爭議較少。

異種移植實驗證實，iPSC 衍生細胞可改善疾病相關的組織功能障礙並恢復生理平衡。例如，移植的人類 iPSC 衍生胰島能夠分泌胰島素，調控糖尿病動物的血糖；iPSC 衍生少突膠質前驅細胞（OPCs）則可修復脫髓鞘小鼠的髓鞘。這些研究顯示，iPSC 技術可獲取難以取得的細胞，並透過移植恢復組織功能。目前，已有多項 iPSC 衍生細胞療法的臨床試驗正在進行中。

儘管iPSCs技術展現出巨大的應用潛力，但仍面臨一些挑戰，包括：

 ▪️基因組穩定性：iPSCs 在重編程過程中可能會引入基因組不穩定性，這可能影響其臨床應用的安全性。

 ▪️免疫排斥反應：同種異體 iPSCs 可能引發免疫排斥反應，需要進一步研究以解決這一問題。

 ▪️分化效率與功能性：如何高效且精確地將 iPSCs 分化為所需的細胞類型，並確保其功能性，是目前研究的熱點。