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上海科学家绘干细胞研究路线图:将修补受损器官
2009-02-10 来源:

 条条大路通罗马。在干细胞研究中,“罗马”只有一个:控制干细胞发育成为人体组织细胞,从而起到修补受损器官的治疗作用;不过,路径却很多。为帮助读者看清这个激动人心而又犹如迷宫般的庞大科技工程,记者昨天采访了著名分子生物学和细胞生物学家、中科院上海细胞所原所长郭礼和教授,请他简略地绘制了一幅干细胞研究的学术路线图。 

  全能特性:能分裂分化修补受损器官

  郭礼和告诉记者:简单说,干细胞可以分成两类:胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞在分化上具有全能性,有如一颗全能种子,能发育成人体各种组织细胞;而成体干细胞在分化上具有多能性,只能分化和它相关的组织细胞,比如造血干细胞只能分化成红血球、血小板、白细胞等血液细胞,而表皮干细胞主要分化为皮肤或粘膜。

  实际上,从受精卵开始,胚胎细胞就不断分裂分化发育成为各种器官,因此,胚胎干细胞必须是“全能选手”。对成年人而言,大部分情况下,身体各组织只要准备一些功能有限的干细胞,完成“小修小补”就可以了。但在临床治疗中,则需要大量干细胞才能起到效果,这就必须借助生物技术手段。科学家的梦想在于,希望能够利用干细胞的全能特性修补受损器官。比如,培育神经细胞,让截瘫病人重新站起来;培育出胰岛β细胞,从而治疗糖尿病。

  组织干细胞在临床上早就有应用实例,最常见的例子就是借助造血干细胞移植治疗白血病,但异体移植的干细胞会引起排异反应,因此最好利用自身干细胞。于是,科学家的研究重点就放在如何通过自身体细胞,培养大量胚胎样干细胞。

  研究岔路:重写细胞发育程序难度大

  郭礼和表示,此前,科学家获取干细胞的主流方法是通过体细胞克隆,培育人类胚胎,从中再提取胚胎干细胞。简单说,就是将他人的卵细胞进行细胞核剔除后,再植入体细胞核,使其发育成为早期胚胎。

  一般而言,14天之内的胚胎,其胚胎干细胞最有研究价值,超过这一时限,克隆的胚胎就会越来越具有“克隆人”的特性,不仅研究价值下降,而且会遭遇严重的伦理问题。

  事实上,根据目标不同,克隆技术研究在此会形成一条岔路:向左走——如果克隆胚胎为了培育成体生命,最终的成果便是“多利羊”;向右走——如果是为了获取治疗用干细胞,则需要对胚胎干细胞的生长环境加以调节,使其不向组织器官方向发展,而且在体外大量增殖,在数量上满足临床上治疗的需要。对干细胞研究者来说,这如同为细胞重新编写发育程序。

  不过,胚胎干细胞获取难度非常大。不仅克隆胚胎的成功率很低(“多利羊”就是从227个克隆胚胎中唯一成功的),而且即使克隆成功,重写“发育程序”的难度更大。

  因此,目前国际学术界的主流方法已经从克隆胚胎获取胚胎干细胞,转向诱导体细胞,使其重新编程,成为具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPS)2007年,美日科学家就成功地将皮肤细胞诱导为多能干细胞,这被认为是当年最重要的研究进展之一。按照这条路线,国际上近两年来取得了一系列成果。就在今年23日,日本东京大学还宣布,在世界上首次利用iPS方法,将人类皮肤细胞“制成”血小板。

  事实上,除了克隆胚胎和iPS之外,学术界还有其他一些干细胞治疗的路径。例如,胎盘中的羊膜干细胞就是一种有潜力的研究对象。它不仅具有发育成其他组织细胞的潜力,而且,它不会形成肿瘤,也不需要组织配型,这是由于它能够杀死攻击它的免疫细胞,避免排异反应,可以实现异体细胞治疗。

  临床应用:从1001百万的艰难突破

  目前,胚胎克隆技术已经相对成熟,但是要实现临床应用,需要突破一系列难题。

  郭礼和说,在胚胎干细胞研究方面,克隆出的早期胚胎中,只有大约100个胚胎干细胞,而要达到治疗效果,则需要有上百万乃至上亿个胚胎干细胞。从1001百万是一项艰巨的工作,需要一次巨大的跨越,科学家的挑战在于,必须利用技术手段,从外部环境对胚胎干细胞的发育进行调节,使其不断自我拷贝,直到获取足够数量的胚胎干细胞(科学上,这个过程叫做细胞“建系”);否则,胚胎干细胞就会迅速分化,发育成为组织细胞,从而失去“万能种子”的特性。

  直到目前为止,世界上克隆人类胚胎干细胞之后“建系”成功的案例为数极少,而在动物实验中,也只有小鼠、大鼠和猴取得了成功。与培育干细胞相比,克隆羊、牛、猪等大型动物尽管依然很难,但成功率相对而言要高得多了。

  干细胞“建系”成功后,在临床上也还面临其他挑战。由于干细胞具有巨大的生长潜能,这与癌细胞有类似之处,因此,植入人体后很容易形成肿瘤,目前来看,这个比例高达20%。实际上,目前骨髓移植也有约2%的概率形成恶性肿瘤。如何加以控制,是一大难点。

  510年:研究将进入“学术爆炸期”

  根据郭礼和的判断,目前,干细胞研究相当于“早上看到了一些曙光”。不久前,美国食药监局FDA批准了世界上第一个干细胞治疗的方案,一家美国企业获准进行干细胞治疗高位截瘫患者的临床试验。

  与此同时,国内一些学者在干细胞临床研究中也取得了一些进展,主要是围绕神经系统损伤(中风、帕金森病、截瘫)和糖尿病的治疗。总体上,中国干细胞研究在国际上处于第二梯队,位于美、日和欧洲先进国家之后,但在一些局部也有自己的领先技术。

  郭礼和说,如同信息技术革命,从1940年代世界上第一台电子计算机问世,直到上世纪90年代才真正形成技术革命,学术研究的发展总是遵循着从慢慢积累然后突然“爆炸”的规律,干细胞研究也应如此。他预计,再过510年,干细胞研究会进入自己的“学术爆炸期”。