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糖尿病是一种世界范围内高发的代谢性疾病,患者体内的胰岛β细胞缺失或功能障碍导致胰岛素分泌不足,进而诱发慢性高血糖症。因此,在体外产生大量有功能的胰岛β细胞对于胰腺发育学研究和糖尿病治疗至关重要。近期的研究报道了很多具有前景的研究方案,其中包括由人多能干细胞向胰岛β细胞的定向分化法。通过对定向分化体系的优化,我们获得了大量有功能的胰岛β细胞。这些细胞高表达胰岛β细胞的标志基因、具有胰岛素分泌囊泡的亚显微结构且可以感应葡萄糖浓度的变化来分泌胰岛素,并且具有一定的体内功能,因而在疾病建模、药物开发和细胞治疗等方面有广阔的应用前景。精准的基因编辑有助于高效地构建疾病模型。然而,在人多能干细胞中进行精准的基因编辑仍然非常耗时耗力。CRISPR-Cpf1是新开发的一种基因编辑工具酶,具有很多独特的优势,包括具有较短的crRNA和低脱靶率等。因此,在人多能干细胞中开发基于CRISPR-Cpf1的精准基因编辑系统具有十分广阔的应用前景。而化学小分子具有使用简便、高效以及非整合等特点,可以用于提高基因编辑效率。在这里,我们在人多能干细胞中构建了 CRISPR-Cpf1基因编辑体系,并且开发了一种无偏好的药物筛选平台。利用该系统,我们在人多能干细胞中进行了高通量药物筛选,并且最终发现了两个小分子VE-822和AZD-7762,可以显著提高CRISPR-Cpf1介导的基因编辑效率。CRISPR-Cpf1体系与化学小分子相结合,为精准高效的基因编辑提供了简单有效的方法。本研究中,我们将人多能干细胞向胰岛β细胞定向分化体系与CRISPR-Cpf1基因编辑体系相结合,构建了 CLEC16A敲除的糖尿病疾病模型,发现CLEC16A参与了人胰腺分化的过程,并且对胰岛β细胞的功能具有一定的影响。这些结果为深入研究CLEC16A对人胰岛β细胞分化调控及分子机制奠定了基础。综上所述,干细胞技术、基因编辑、生物医学工程、高通量遗传和化学筛选以及生物信息学的快速发展,将极大促进疾病建模、药物开发和细胞治疗的进展,帮助解决基本生物学问题并推进临床应用的发展。