人體誘導多能干細胞 (hiPSC) 分化為功能性神經(jīng)元的過程一直是一個研究熱點，在神經(jīng)退行性疾病的治療方面很有前景。在過去，將 hiPSC 轉化為神經(jīng)細胞譜系是一個極為耗時的過程，原因之一是選擇性存留方案的產(chǎn)率較低，另一個原因是胚胎體形成的異質性。采用靶向神經(jīng)細胞分化信號通路的小分子，可能可以解決這些問題。
Lorenz Studer 實驗室在 2009 年的一篇論文中提出了一種神經(jīng)細胞分化的新方法，使用頭蛋白和小分子抑制劑 SB 431542(目錄編號 1614)抑制 SMAD 信號。這種方法可快速穩(wěn)定地誘導轉化 hiPSC，在分化的第 11 天即可產(chǎn)出相同的 PAX6+ 神經(jīng)外胚層細胞群體。以此為基礎，可以得到神經(jīng)嵴細胞、玫瑰花環(huán)神經(jīng)干細胞、多巴胺能神經(jīng)元和運動神經(jīng)元(Chambers 等人，2009)。
之后，同一組研究人員(Chambers 等人，2012)改進了這種方法，將頭蛋白替換為 BMP 抑制劑 LDN 193189(目錄編號 6053)，并另外加入了三種小分子，包括 SU 5402(目錄編號 3300)、CHIR 99021(目錄編號 4423)和 DAPT(目錄編號2634)，以加速從 hiPSC 產(chǎn)出有絲分裂后神經(jīng)元的過程。這些化合物可分別抑制 VEGF/FGF/PDGF 信號、GSK-3β 和 Notch 信號。該方案根據(jù)其組分被命名為 LSB3i，可在第 8 天誘導產(chǎn)生神經(jīng)嵴細胞。在第 15 天，進一步分化產(chǎn)生了表達感覺神經(jīng)元標記物的細胞。根據(jù)其香草素受體的表達，以及電生理學特征，這些細胞被確認為主要的功能性痛覺感受器(Chambers 等人，2012)。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，WNT 信號通路在決定細胞分化為 CNS 還是神經(jīng)嵴細胞方面有重要作用。LSB3i 方案的基礎之一是 WNT 通路的激活，使用 CHIR 99021 結合雙重的 SMAD 抑制，誘導產(chǎn)生神經(jīng)嵴細胞譜系和周圍神經(jīng)元。在對此方案的進一步調(diào)整(Qi 等人，2017)中，CHIR 99021 被替換為 WNT 信號抑制劑 XAV 939(目錄編號 3748)，從而得到高純度 (>98%) 的 PAX6+ 細胞群落，分化時間只需 6 天。這一轉化過程的效率通過結合雙重 SMAD 抑制 PD 0325901(目錄編號 4192)、SU 5402 和 DAPT 得到了進一步提升，在分化第 13 天得到了 70% TUJ1(一種神經(jīng)元的標記物)陽性的神經(jīng)元(圖 1)。Qi 等人還在符合藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范 (GMP) 的培養(yǎng)條件下實施了該方案。在該方案后的長期培養(yǎng)中，得到了可發(fā)放動作電位和形成興奮性突觸的神經(jīng)元。hiPSC 分化細胞具有可觀的臨床應用前景，在一項體內(nèi)研究中，將這些皮層神經(jīng)元移植到小鼠大腦皮層，形成了長距離投射結構(Qi 等人，2017)。
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