干细胞研究:人类疾病治疗的新曙光
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1998年,美国威斯康辛麦迪逊大学汤姆逊教授领导的课题组,率先成功地建立了人类胚胎干细胞系,这一研究成果被誉为干细胞研究的里程碑,此后,干细胞领域的研究一直成为生命科学研究的前沿和热点。干细胞的研究正在成为人类疾病治疗的新曙光。
在2007年岁末,生命科学界再次涌起波涛。这次是日本和美国两个课题组相继运用基因修饰技术,对普通人的皮肤成纤维细胞导入了Oct4、nanog、sox2 等基因,结果发现,成纤维细胞经过基因重新编程,具备了人类胚胎干细胞的特性。这一研究成果震动了全世界,美国政府为此投入30亿美元资金,以继续对该课题的深入研究。干细胞研究的这一成果,大大缩短了将人类胚胎干细胞应用于临床的距离。
众所周知,干细胞具有自我更新能力,能够分化为其他各种类型细胞,而干细胞本身处于未分化状态。目前按照分化能力可将干细胞分为全能、多能和定向干细胞三种。根据干细胞的来源,则可将其分为胚胎干细胞和成体干细胞。人体也是通过受精卵这个全能干细胞不断分化而成。
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人类胚胎干细胞研究与临床疾病的治疗
胚胎干细胞是具有多能性的干细胞,在体外合适的诱导条件下,可以成功地诱导出各种细胞。美国威斯康辛麦迪逊大学张素春博士,在将胚胎干细胞诱导为运动神经元细胞的研究中取得了突破性进展。而威斯康辛灵长类研究所的科学家,则将猴子胚胎干细胞诱导所得的神经细胞,移植到帕金森病的猴子模型上,终于获得了成功。整个实验历时10年,移植细胞完全治愈了患病猴子。明尼苏达大学的考夫曼博士克服了技术上的困难,在诱导胚胎干细胞获得能够杀伤肿瘤的免疫细胞方面取得了突破。
自2005年,我们干细胞实验室陆红博士成功地建立了三株人类胚胎干细胞系;在此之前蒯小铃博士对鼠胚胎干细胞成功地诱导为肝细胞治疗实验性大鼠急性肝功能衰竭,取得了很好疗效。她们还开展了将自身成体干细胞应用于晚期肝脏疾病治疗的探索。
在血液细胞的诱导方面,美国、英国、加拿大等国有关实验室都投入了大量的人力、物力,希望获得可供移植的造血细胞。美国威斯康辛麦迪逊大学麦克西姆博士应用一种名叫OP9的小鼠支持细胞,共培养人类胚胎干细胞获得了大量的造血细胞。米克巴迪亚教授领导的加拿大麦克马斯特大学肿瘤和干细胞研究所,成功地应用人类胚胎干细胞建立了稳定的体外培养和诱导体系,从胚胎干细胞中获得了具有进一步分化潜力的造血干细胞。
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本文作者之一汪铮博士在综合上述两个著名实验室的技术基础上,创建的体外诱导体系可以从人类胚胎干细胞获得大量可供移植的造血干细胞(图1)。
胚胎干细胞要真正用到临床,还有遥远的道路。其中,最主要的困难有两点,其一,如何解决免疫排斥问题。对于这个问题,有着不同的思路。有人提出,可以应用核移植的方法,将病人的体细胞去核,将其核移植到去核的卵细胞中,然后再将杂合细胞推动到胚胎的囊胚阶段,从中分离胚胎干细胞。这一研究目前尚未成功。另有学者提出利用孤雌生殖的方式,来获得人类胚胎。这方面的成果尚须进一步探讨和研究。而前面提到的从皮肤细胞获得人类胚胎干细胞,是一个崭新的思路,但在获得细胞的过程中,由于导入基因的手段涉及到了病毒,因此,对于该细胞未来是否可以应用于临床治疗病人,还有待于后续研究和对该实验的进一步重复。胚胎干细胞应用于临床疾病治疗的另一忧人之处是,胚胎干细胞本身具有形成畸胎瘤的特性。虽然在移植实验中尚未发现成熟分化所得到的细胞发展成肿瘤现象,但对于胚胎干细胞在体外正常维持和扩增中,是否存在着类似肿瘤的表观遗传学的改变,是一个值得重视的课题。
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成体干细胞研究与临床疾病的治疗
成体干细胞(如骨髓干细胞、脐带血干细胞)移植治疗血液疾病,已经有很多报告。但应用骨髓干细胞治疗非造血系统疾病,近年来则越来越受到重视。由于宗教的原因,人类胚胎干细胞的研究在德国受到了严格限制。因此,德国科学家不得不集中关注于应用骨髓干细胞来治疗临床疾病。目前自身骨髓干细胞应用于临床疾病的治疗方兴未艾,有相当一部分Ⅲ期临床试验在德国已经完成,并取得了可喜的成绩。例如糖尿病患者并发的慢性下肢缺血引起的溃疡或坏疽,在经过自身骨髓干细胞移植治疗后,将近半数患者下肢缺血性溃疡或坏疽获得愈合或改善。又如在植入一种被称为CD133 的骨髓干细胞后,终末期慢性缺血性心脏病患者的心功能可获得改善。
德国多塞多夫的科学家发现并证明,骨髓干细胞对参与肝脏再生方面起了一定作用,在经干细胞移植后,治疗组肝脏左后叶的增生速度,比对照组快了2.5倍,提示这种新的治疗方法在临床上具有提高和促进肝脏再生的潜能。
综上所述,现今干细胞在生命科学领域内是一研究热点。自身骨髓干细胞移植已经应用于临床,而随着干细胞研究的不断深入,使得应用干细胞生成可供移植的、具有多种功能的组织和器官成为可能。尽管还有很多研究需要进一步深入,但我们确信在不久的将来,将干细胞应用于临床治疗疾病的目标一定会实现,干细胞的研究会给一些严重疾病的治疗带来新的曙光!, 百拇医药