比尔盖茨曾经预言,未来能够超过微软公司的,必定出现在生物医药领域。而如果要问近几年什么生物医药技术最为火热,那么无疑你将得到的答案是——干细胞技术。美国《时代周刊》评选出的2011年度十大医学突破,排名首位的即是克隆干细胞技术。本文探秘,将为您揭开神秘的干细胞世界。

提起干细胞,首先我们将不得不感谢加拿大多伦多大学的两名科学家Ernest A. McCulloch 与 James E. Till,他们在上世纪60年代的发现,为我们开启了干细胞研究的大门。

干细胞是一类原始没有特定分化的细胞,它具有分化成各种组织器官的潜能。我们现在个子这么高,长这么大只,活蹦乱跳的,最初却都由一个细胞发育而来,它就是受精卵,最高级的干细胞。随着我们逐渐长大,干细胞并没有消失掉,而是分化出各种多能干细胞,藏身在我们身体内的各个角落。比如我们血液中的红细胞每120天就要更新一次,每小时要制造约5亿个新的红细胞,如此庞大的工作量,只有骨髓中的造血干细胞才能完成。或者我们摔了一跤,受伤了,但是没几天又完好如初,这正是皮肤基底层干细胞的神奇之处。所以当我们的伤口很深,伤及真皮的时候,你会发现皮肤很难愈合,甚至需要植皮手术,因为这些干细胞被损,神奇不在了。

那么我们就会有一个疑问了,为什么受精卵能发育成一个人,而造血干细胞只能发育成血细胞呢?它们的遗传物质不是一样的么?

这就是我们细胞内基因的神奇之处了!不同的组织细胞,虽然有着相同的遗传物质,但是他们面临着各种调控方式,DNA甲基化,干扰RNA,组蛋白修饰等等,于是有的基因在肌肉组织里表达,但是在神经里被抑制了,有的基因在血细胞里高表达了,但是在淋巴里又低表达,有的基因表达的蛋白在脑组织里被修饰成了圆形,在胃里又被剪切成了方形。所以当受精卵发育成造血干细胞等其他成体干细胞的时候,某些基因被成功的调控,发生了变化,就像一个开关一样。

科学家们一直试图去寻找这个开关,这也是干细胞技术发展的一个重要方向,目前也逐步取得了一定的成果。一旦我们完全掌握了这些开关的控制方式,一扇崭新的大门将完全打开。

干细胞技术成长之路:

1998年,威斯康星大学的James A.Thomson等从将人卵体外受精后,胚胎(实验照片)培育到囊胚期,然后提取内细胞团,成功的培育出了全能干细胞株。与此同时,约翰霍普金斯大学的John D.Gearhart从人工流产的胚胎中提取生殖母细胞,也成功培养出了全能干细胞株。这些由胚胎获取的干细胞虽然很难像受精卵那样发育出一个完整的个体,但是却能够发育成多种组织,如果能用这些细胞替补人体中那些老弱病残的细胞,人类也许能够克服很多种的疾病。

近日,日本一个研究小组利用人胚胎干细胞制造能够产生神经传导物质多巴胺的神经细胞,然后将这些细胞移植到4只患有帕金森的食蟹猴脑部,并持续观察一年,结果发现猴子手脚震颤的症状有明显改善。虽然我们不知道这些猴子有没有同时变聪明,并在未来可能成功崛起,但是我们能够知道的是,干细胞的注入很有可能有效减轻这些灵长类动物的帕金森氏症。

虽然胚胎干细胞有着非常大的应用前景,但是也面临着非常强大的社会舆论压力,尤其是伦理上所面临的问题。Thomson在培养胚胎干细胞之前,就曾咨询本校的伦理学教授,教授忧心忡忡地问他:“将来如果把这些细胞注入老鼠,它们增殖并占据这些小动物的大脑,那时候它究竟是人还是老鼠?(照片)”在美利坚等西方社会眼中,生命源于受精卵,虽然囊胚期的胚胎还没有认知和意识,但是它毕竟有发育成一个生命的权利,怎能像小白鼠一样在科学手里终结?Thomson自己就曾说:“提及胚胎干细胞,如果你丝毫没有不舒服的感觉,那么你一定没有足够仔细地思考过这个问题。”因此,美国立法机构对此戒心重重,直到2010年才首次批准加州的Geron公司,使用人胚胎干细胞用于治疗急性脊髓损伤患者。

相比于胚胎干细胞,成体干细胞的实现就不会面临如此沉重的压力,当然,它又不可避免地面对着克隆人威胁以及致癌性的指责。2007年山中伸弥教授利用逆转录病毒将四种基因分别导入实验室培养的老鼠和成年人的皮肤细胞内,使它们失去分化特性而成为“诱导多能干细胞”(iPS)。随后麻省波士顿儿童医院的乔治·戴利等人则更进一步,用类似的方法,直接从志愿者身上提取皮肤细胞,完成了皮肤干细胞的转变。相比于胚胎干细胞,诱导多能干细胞(iPS)由于存在着病毒侵染诱导的过程,科学家们一直担心它们发生癌变。但是近日,日本冈山大学妹尾昌治领导的研究小组,成功利用小鼠细胞培养出iPS细胞,然后向培养液中添加曾培养过肺癌、皮肤癌等癌细胞的液体,成功引起了iPS的癌变。妹尾昌治指出,少数iPS细胞癌变也许是受到癌细胞碎片或者其排出的分泌物影响。相信在不久的未来,科学家们能够完全掌握诱导干细胞技术,那时,器官移植将不会如此困难,也不会面对排斥反应等诸多问题,这对于患者来说将是多大的福音啊!

干细胞福音:血荒

血荒,已成为最近几年看病难中,最为突出的问题之一,手术停做,病人不得不自备血液的现象时有发生。在献血比例较低的大背景下,如何才能解决血荒的问题呢,法国科学家告诉了我们答案。来自法国巴黎皮埃尔与玛丽-居里大学的卢茨-杜艾团队,首次将干细胞技术运用到“人造血”上,并将培育的血液输入人体,取得了成功。

杜艾团队首先从志愿者骨髓中抽取造血干细胞,然后利用生长因子激发这些干细胞,产生大量红细胞。在给这些人造细胞做上标记以供追踪后,他们把其中的100亿个细胞共2毫升人造血注射回捐献者体内。5天后,这些人造血细胞中至少还有94%仍在捐献者体内循环,26天后,41%到63%的血细胞仍然存活,与天然的血细胞存活率基本一致,这也就证明了这些人造血细胞同天然细胞一样,能在人体内正常存活,行使功能将氧气输送至全身。

这无疑是一大喜讯,也许过不了多久,血荒终结的时代就要来临。

人造器官

一名居住在冰岛的非洲学生,于2011年6月9日成为全球第一例体验人造器官移植手术的幸运儿。此前,他患有严重的气管癌,处于癌症的晚期,气管已完全堵塞,一直苦于没有合适的捐献者。但是在意大利干细胞专家保罗·马基亚利尼领导的国际科研团队帮助下,并由瑞典外科医生操刀,最终成功康复出院。

科学家们利用一种类似塑料的聚合材料,设计制作了一个Y形的支架和一个用于培育病人干细胞的生物反应器,然后抽取患者自身的干细胞培养,等到新细胞成长起来后,科学家们将其“种植”在支架上。仅仅两天之后,可用于移植的气管细胞就生长了出来。由于这些细胞来自于患者自身的干细胞,当气管被植入后,没有遭遇到任何免疫系统的排除。

不同于以往的人造器官,此次植入的人造气管,和人体天生的非常类似,不仅能够正常收缩、舒张,产生人体特定的分泌物,还能够和被缝合的组织很好的生长到一起,融为一体。大家可能会有疑问,怎么才能确保这些干细胞不会无限分裂生长下去呢?这是由于,正常的细胞之间存在着天然的接触抑制机制,两种细胞一旦接触,发生了细胞表面的信号传递,生长就会停止,这点与癌细胞是完全不一样的。

当然还有些童鞋会有疑问,以后要是能换脑了,我还是我么?恐怕这个问题只有以后才能知道吧。

面对干细胞需冷静

干细胞技术虽然有着非常诱人的应用前景,也已经治愈了相当多的患者,但是干细胞不是仙药,不能包治百病,而且在技术上仍然有很多难点需要一一攻克,长期效果也存在着一定的不确定性,所以患者们在面对干细胞技术时,一定要审视再三,冷静之后再做决定。

2001年,一个患有共济失调毛细血管扩张症的9岁小男孩,在莫斯科的一家医院接受了小脑内和鞘内人胚胎神经干细胞注射治疗,试图治愈这个罕见的遗传性疾病。4年后,由于经常性的头疼,小男孩再次检查,却发现患上了多病灶的脑肿瘤。科学家们通过各种方式检查,提出神经干细胞可能与肿瘤的发生有关,这个小男孩也因此成为首例供体源性的脑肿瘤患者。

美国的《自然》杂志调查发现,中国的大小诊所通过网站或宣传手册,公开宣称通过干细胞疗法可以治疗不少疑难杂症,不仅吸引了成千上万的国内患者前去就医,同时还迷晕了数以千计的海外患者,给人一种干细胞疗法成为主流疗法的假象。但是,实际上,干细胞疗法至今仍然处于试验阶段,并没有广泛应用于临床。小男孩的例子也告诉我们,部分疗法甚至对患者健康是有危害的。

源引美国麦克林医院(McLean Hospital)神经再生研究所干细胞实验室(Stem Cell Facility of the Neuroregeneration Institute)主任奥利弗·库珀(Oliver Cooper)的声明,“目前,既没有科学数据,也没有临床数据可用于证实造血干细胞或者是神经干细胞来治疗阿尔兹海默氏症的长期有效性。实际上,我们连干细胞注射之后能在患者体内存活几天都不知道!”

与其病急乱投医,寄希望于干细胞技术等仙药能救人一命,何不多花时间运动,少吃垃圾食品,少加班,以积极的面貌去预防疾病呢?

 干细胞研究大事记:

1963年:McCulloch和Till证明老鼠骨髓中存在一种自我更新的细胞。

1968年:Gatti应用骨髓移植成功治疗了一例重症联合免疫缺陷患者。

1978年:在人脐带血中发现了造血干细胞。

1981年:Martin Evans,Matthew Kaufman and Gail R. Martin等人从小鼠胚胎内细胞团中获得胚胎干细胞。

1998年:James Thomson等人培育出人类胚胎干细胞系。

2006年:Kazutoshi Takahashi和Shinya Yamanaka成功培育出小鼠iPS细胞。

2007年:两个研究小组同时培育出人类iPS细胞。

2009年:Andras Nagy,Keisuke Kaji等人发现了一种不使用病毒即可诱导出人类干细胞的方法。

2009年:《Nature》在线刊发了中科院周琪研究员等人的研究成果,首次利用iPS细胞通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,从而在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。

2011年,巴黎皮埃尔与玛丽·居里大学的吕克·杜艾成功将2mL造血干细胞制成的人造血注入捐献者体内,并正常存活,也许在未来能解决血荒的问题。

发表在 未分类
基因故事