您的位置:首頁(yè) > 健康課堂 > 基因科學(xué) > 多米諾基因科普之:神奇的干細(xì)胞
比爾蓋茨曾經(jīng)預(yù)言,未來能夠超過微軟公司的,必定出現(xiàn)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域。而如果要問近幾年什么生物醫(yī)藥技術(shù)最為火熱,那么無疑你將得到的答案是——干細(xì)胞技術(shù)。美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)選出的2011年度十大醫(yī)學(xué)突破,排名首位的即是克隆干細(xì)胞技術(shù)。本文探秘,將為您揭開神秘的干細(xì)胞世界。
提起干細(xì)胞,首先我們將不得不感謝加拿大多倫多大學(xué)的兩名科學(xué)家Ernest A. McCulloch 與 James E. Till,他們?cè)谏鲜兰o(jì)60年代的發(fā)現(xiàn),為我們開啟了干細(xì)胞研究的大門。
那么我們就會(huì)有一個(gè)疑問了,為什么受精卵能發(fā)育成一個(gè)人,而造血干細(xì)胞只能發(fā)育成血細(xì)胞呢?它們的遺傳物質(zhì)不是一樣的么?
這就是我們細(xì)胞內(nèi)基因的神奇之處了!不同的組織細(xì)胞,雖然有著相同的遺傳物質(zhì),但是他們面臨著各種調(diào)控方式,DNA甲基化,干擾RNA,組蛋白修飾等等,于是有的基因在肌肉組織里表達(dá),但是在神經(jīng)里被抑制了,有的基因在血細(xì)胞里高表達(dá)了,但是在淋巴里又低表達(dá),有的基因表達(dá)的蛋白在腦組織里被修飾成了圓形,在胃里又被剪切成了方形。所以當(dāng)受精卵發(fā)育成造血干細(xì)胞等其他成體干細(xì)胞的時(shí)候,某些基因被成功的調(diào)控,發(fā)生了變化,就像一個(gè)開關(guān)一樣。
科學(xué)家們一直試圖去尋找這個(gè)開關(guān),這也是干細(xì)胞技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向,目前也逐步取得了一定的成果。一旦我們完全掌握了這些開關(guān)的控制方式,一扇嶄新的大門將完全打開。
干細(xì)胞技術(shù)成長(zhǎng)之路:
1998年,威斯康星大學(xué)的James A.Thomson等從將人卵體外受精后,胚胎(實(shí)驗(yàn)照片)培育到囊胚期,然后提取內(nèi)細(xì)胞團(tuán),成功的培育出了全能干細(xì)胞株。與此同時(shí),約翰霍普金斯大學(xué)的John D.Gearhart從人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞,也成功培養(yǎng)出了全能干細(xì)胞株。這些由胚胎獲取的干細(xì)胞雖然很難像受精卵那樣發(fā)育出一個(gè)完整的個(gè)體,但是卻能夠發(fā)育成多種組織,如果能用這些細(xì)胞替補(bǔ)人體中那些老弱病殘的細(xì)胞,人類也許能夠克服很多種的疾病。
近日,日本一個(gè)研究小組利用人胚胎干細(xì)胞制造能夠產(chǎn)生神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)多巴胺的神經(jīng)細(xì)胞,然后將這些細(xì)胞移植到4只患有帕金森的食蟹猴腦部,并持續(xù)觀察一年,結(jié)果發(fā)現(xiàn)猴子手腳震顫的癥狀有明顯改善。雖然我們不知道這些猴子有沒有同時(shí)變聰明,并在未來可能成功崛起,但是我們能夠知道的是,干細(xì)胞的注入很有可能有效減輕這些靈長(zhǎng)類動(dòng)物的帕金森氏癥。
雖然胚胎干細(xì)胞有著非常大的應(yīng)用前景,但是也面臨著非常強(qiáng)大的社會(huì)輿論壓力,尤其是倫理上所面臨的問題。Thomson在培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞之前,就曾咨詢本校的倫理學(xué)教授,教授憂心忡忡地問他:“將來如果把這些細(xì)胞注入老鼠,它們?cè)鲋巢⒄紦?jù)這些小動(dòng)物的大腦,那時(shí)候它究竟是人還是老鼠?(照片)”在美利堅(jiān)等西方社會(huì)眼中,生命源于受精卵,雖然囊胚期的胚胎還沒有認(rèn)知和意識(shí),但是它畢竟有發(fā)育成一個(gè)生命的權(quán)利,怎能像小白鼠一樣在科學(xué)手里終結(jié)?Thomson自己就曾說:“提及胚胎干細(xì)胞,如果你絲毫沒有不舒服的感覺,那么你一定沒有足夠仔細(xì)地思考過這個(gè)問題。”因此,美國(guó)立法機(jī)構(gòu)對(duì)此戒心重重,直到2010年才首次批準(zhǔn)加州的Geron公司,使用人胚胎干細(xì)胞用于治療急性脊髓損傷患者。
相比于胚胎干細(xì)胞,成體干細(xì)胞的實(shí)現(xiàn)就不會(huì)面臨如此沉重的壓力,當(dāng)然,它又不可避免地面對(duì)著克隆人威脅以及致癌性的指責(zé)。2007年山中伸彌教授利用逆轉(zhuǎn)錄病毒將四種基因分別導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的老鼠和成年人的皮膚細(xì)胞內(nèi),使它們失去分化特性而成為“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞”(iPS)。隨后麻省波士頓兒童醫(yī)院的喬治·戴利等人則更進(jìn)一步,用類似的方法,直接從志愿者身上提取皮膚細(xì)胞,完成了皮膚干細(xì)胞的轉(zhuǎn)變。相比于胚胎干細(xì)胞,誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)由于存在著病毒侵染誘導(dǎo)的過程,科學(xué)家們一直擔(dān)心它們發(fā)生癌變。但是近日,日本岡山大學(xué)妹尾昌治領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,成功利用小鼠細(xì)胞培養(yǎng)出iPS細(xì)胞,然后向培養(yǎng)液中添加曾培養(yǎng)過肺癌、皮膚癌等癌細(xì)胞的液體,成功引起了iPS的癌變。妹尾昌治指出,少數(shù)iPS細(xì)胞癌變也許是受到癌細(xì)胞碎片或者其排出的分泌物影響。相信在不久的未來,科學(xué)家們能夠完全掌握誘導(dǎo)干細(xì)胞技術(shù),那時(shí),器官移植將不會(huì)如此困難,也不會(huì)面對(duì)排斥反應(yīng)等諸多問題,這對(duì)于患者來說將是多大的福音??!
干細(xì)胞福音:血荒
血荒,已成為最近幾年看病難中,最為突出的問題之一,手術(shù)停做,病人不得不自備血液的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在獻(xiàn)血比例較低的大背景下,如何才能解決血荒的問題呢,法國(guó)科學(xué)家告訴了我們答案。來自法國(guó)巴黎皮埃爾與瑪麗-居里大學(xué)的盧茨-杜艾團(tuán)隊(duì),首次將干細(xì)胞技術(shù)運(yùn)用到“人造血”上,并將培育的血液輸入人體,取得了成功。
杜艾團(tuán)隊(duì)首先從志愿者骨髓中抽取造血干細(xì)胞,然后利用生長(zhǎng)因子激發(fā)這些干細(xì)胞,產(chǎn)生大量紅細(xì)胞。在給這些人造細(xì)胞做上標(biāo)記以供追蹤后,他們把其中的100億個(gè)細(xì)胞共2毫升人造血注射回捐獻(xiàn)者體內(nèi)。5天后,這些人造血細(xì)胞中至少還有94%仍在捐獻(xiàn)者體內(nèi)循環(huán),26天后,41%到63%的血細(xì)胞仍然存活,與天然的血細(xì)胞存活率基本一致,這也就證明了這些人造血細(xì)胞同天然細(xì)胞一樣,能在人體內(nèi)正常存活,行使功能將氧氣輸送至全身。
這無疑是一大喜訊,也許過不了多久,血荒終結(jié)的時(shí)代就要來臨。
人造器官
科學(xué)家們利用一種類似塑料的聚合材料,設(shè)計(jì)制作了一個(gè)Y形的支架和一個(gè)用于培育病人干細(xì)胞的生物反應(yīng)器,然后抽取患者自身的干細(xì)胞培養(yǎng),等到新細(xì)胞成長(zhǎng)起來后,科學(xué)家們將其“種植”在支架上。僅僅兩天之后,可用于移植的氣管細(xì)胞就生長(zhǎng)了出來。由于這些細(xì)胞來自于患者自身的干細(xì)胞,當(dāng)氣管被植入后,沒有遭遇到任何免疫系統(tǒng)的排除。
不同于以往的人造器官,此次植入的人造氣管,和人體天生的非常類似,不僅能夠正常收縮、舒張,產(chǎn)生人體特定的分泌物,還能夠和被縫合的組織很好的生長(zhǎng)到一起,融為一體。大家可能會(huì)有疑問,怎么才能確保這些干細(xì)胞不會(huì)無限分裂生長(zhǎng)下去呢?這是由于,正常的細(xì)胞之間存在著天然的接觸抑制機(jī)制,兩種細(xì)胞一旦接觸,發(fā)生了細(xì)胞表面的信號(hào)傳遞,生長(zhǎng)就會(huì)停止,這點(diǎn)與癌細(xì)胞是完全不一樣的。
當(dāng)然還有些童鞋會(huì)有疑問,以后要是能換腦了,我還是我么?恐怕這個(gè)問題只有以后才能知道吧。
面對(duì)干細(xì)胞需冷靜
干細(xì)胞技術(shù)雖然有著非常誘人的應(yīng)用前景,也已經(jīng)治愈了相當(dāng)多的患者,但是干細(xì)胞不是仙藥,不能包治百病,而且在技術(shù)上仍然有很多難點(diǎn)需要一一攻克,長(zhǎng)期效果也存在著一定的不確定性,所以患者們?cè)诿鎸?duì)干細(xì)胞技術(shù)時(shí),一定要審視再三,冷靜之后再做決定。
2001年,一個(gè)患有共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥的9歲小男孩,在莫斯科的一家醫(yī)院接受了小腦內(nèi)和鞘內(nèi)人胚胎神經(jīng)干細(xì)胞注射治療,試圖治愈這個(gè)罕見的遺傳性疾病。4年后,由于經(jīng)常性的頭疼,小男孩再次檢查,卻發(fā)現(xiàn)患上了多病灶的腦腫瘤??茖W(xué)家們通過各種方式檢查,提出神經(jīng)干細(xì)胞可能與腫瘤的發(fā)生有關(guān),這個(gè)小男孩也因此成為首例供體源性的腦腫瘤患者。
美國(guó)的《自然》雜志調(diào)查發(fā)現(xiàn),中國(guó)的大小診所通過網(wǎng)站或宣傳手冊(cè),公開宣稱通過干細(xì)胞療法可以治療不少疑難雜癥,不僅吸引了成千上萬的國(guó)內(nèi)患者前去就醫(yī),同時(shí)還迷暈了數(shù)以千計(jì)的海外患者,給人一種干細(xì)胞療法成為主流療法的假象。但是,實(shí)際上,干細(xì)胞療法至今仍然處于試驗(yàn)階段,并沒有廣泛應(yīng)用于臨床。小男孩的例子也告訴我們,部分療法甚至對(duì)患者健康是有危害的。
源引美國(guó)麥克林醫(yī)院(McLean Hospital)神經(jīng)再生研究所干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室(Stem Cell Facility of the Neuroregeneration Institute)主任奧利弗·庫(kù)珀(Oliver Cooper)的聲明,“目前,既沒有科學(xué)數(shù)據(jù),也沒有臨床數(shù)據(jù)可用于證實(shí)造血干細(xì)胞或者是神經(jīng)干細(xì)胞來治療阿爾茲海默氏癥的長(zhǎng)期有效性。實(shí)際上,我們連干細(xì)胞注射之后能在患者體內(nèi)存活幾天都不知道!”
與其病急亂投醫(yī),寄希望于干細(xì)胞技術(shù)等仙藥能救人一命,何不多花時(shí)間運(yùn)動(dòng),少吃垃圾食品,少加班,以積極的面貌去預(yù)防疾病呢?
干細(xì)胞研究大事記:
1963年:McCulloch和Till證明老鼠骨髓中存在一種自我更新的細(xì)胞。
1968年:Gatti應(yīng)用骨髓移植成功治療了一例重癥聯(lián)合免疫缺陷患者。
1978年:在人臍帶血中發(fā)現(xiàn)了造血干細(xì)胞。
1981年:Martin Evans,Matthew Kaufman and Gail R. Martin等人從小鼠胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中獲得胚胎干細(xì)胞。
1998年:James Thomson等人培育出人類胚胎干細(xì)胞系。
2006年:Kazutoshi Takahashi和Shinya Yamanaka成功培育出小鼠iPS細(xì)胞。
2007年:兩個(gè)研究小組同時(shí)培育出人類iPS細(xì)胞。
2009年:Andras Nagy,Keisuke Kaji等人發(fā)現(xiàn)了一種不使用病毒即可誘導(dǎo)出人類干細(xì)胞的方法。
2009年:《Nature》在線刊發(fā)了中科院周琪研究員等人的研究成果,首次利用iPS細(xì)胞通過四倍體囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,從而在世界上第一次證明了iPS細(xì)胞的全能性。
2011年,巴黎皮埃爾與瑪麗·居里大學(xué)的呂克·杜艾成功將2mL造血干細(xì)胞制成的人造血注入捐獻(xiàn)者體內(nèi),并正常存活,也許在未來能解決血荒的問題。
來源:中國(guó)科學(xué)院