人工培养干细胞 未来人造器官不是梦

医句话:

从胚胎取得的干细胞被称为胚胎干细胞,有潜能分化成人体各种器官和组织,为多功能性干细胞,但由于取得方式颇具争议,加上特性可能有造成癌变风险,因此目前被禁止用于移植。日本医学团队研发了“人工培养”的诱导性多功能干细胞。他们从成人身上提取普通细胞,以病毒去“诱导”令它“倒退”,变成类似胚胎干细胞的干细胞。此举为“人造干细胞”铺路,一旦成功,将能为面对捐献器官短缺的患者带来福音。

“大部分人习惯将干细胞形容为人体的主细胞(master cell)。它们有两个持续特性,一是能够分裂(divide)和增殖(multiply)。没有这种自我复制能力的细胞,不能称之为干细胞,这也是它们最重要的功能。

其次是只要提供正确的微环境(micro-environment),干细胞便能分化成特化细胞(specialized cell),意味着它们除了能够增殖成另一个干细胞,还可以分化成肌肉细胞、神经细胞和红血球等不同类型的细胞。在这之后,它们便不再是、也无法变成干细胞了。

在哪能够找到干细胞呢?第一种是在胚胎发育早期,即受精后5至7天的囊胚(blastocyst)中,含有这些未分化的胚胎干细胞(embryonic stem cell);第二种则是成体干细胞(adult stem cell),是存留在胎儿或成人组织器官中的干细胞。

与成体干细胞相比,胚胎干细胞有者与众不同的特点,因为它属于‘多功能性(pluripotency)’干细胞,有着分裂成人体任何细胞或组织的能力,譬如心脏、大脑和肝脏等细胞。

当婴儿出生后,无论是脐带血或是骨髓干细胞等与成人一样,被归为成体干细胞,一些为‘多潜能性(multipotency)’,一些则是‘单能性(unipotency)’,意即只能分化成特定种类的细胞。譬如从骨髓中提取的造血干细胞(Haematopoietic  Stem cells,HSCs),只能分化成红血球、白血球和血小板等;皮肤干细胞通常只能变成皮肤细胞而已,不会分化成骨头细胞。

临床治疗白血病地贫等血疾

需要注意的是,脐带是干细胞最丰富的来源,含有至少两种类型的‘多潜能性(multipotency)’干细胞,包括HSCs和间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)。它们可以分化成较多类型的细胞,尤其是MSCs有多种类型细胞的分化能力,譬如神经细胞、肌肉细胞或软骨细胞等。

此外,在人体中有3种干细胞经常增殖与分化,分别是先前提及的HSCs、肠壁的上皮干细胞(epithelial stem cells)和皮肤里的表皮干细胞(epidermal stem cells)。

由于血液中的红血球的极限寿命为120天,之后便会衰亡,而人体需要红血球运送氧气,因此便需要频繁地制造红血球;由于人们经常进食,每次食物进入肠道后都会产生摩擦,所以需要经常更新肠壁细胞,以维持肠道功能正常,避免受损而让细菌‘趁虚而入’;当皮肤不小心刮伤时,你可以发现很快便会结痂愈合,这便是因为表皮干细胞迅速分裂增殖的结果。

正因干细胞能够修复或生产特定的细胞或组织,因此在再生医学(regenerative medicine)中有极大的发展潜力,譬如造血干细胞移植如今已非常成熟,在临床应用上能够治疗白血病、地中海贫血症与再生障碍性贫血等多种疾病。此外,目前也有许多干细胞治疗的临床试验正在进行,譬如心脏病、中风、帕金森氏病和关节炎等。

液氮冷冻 理论上无保存期限

科学家对于干细胞的研究,已有大约70年的历史,临床实践证明,长期保存的干细胞在解冻后仍具有活性。科学家在捐赠者去世后,获得家人批准取出干细胞作研究,发现即便已储存15年,仍可以用来移植。

当然,我们不能随意将干细胞放入普通冰箱里,而是放置在-196°C的液氮中冷冻。根据此条件,在理论上干细胞是没有失效期,可以无限期储存的,而纽约血液中心也如此表明。但是,若将脐带血放置两个星期后才进行处理,那么我也无法担保其保存期限了。

因此,我们在采集、处理到储存脐带血的步骤上要及时迅速。在婴儿初生后,医护人员会协助将脐带血收集在特殊的袋子中,再送至实验室进一步处理和检验。

血液中有许多红血球或白血球等成熟细胞,这些并无储存价值,因我们需要将之移除,接着会进行一些测试,确保它们是真的干细胞、具有活性、数量和不受污染。最后,我们会缓缓加入抗冻剂(二甲基亚砜,DMSO)去保存干细胞,否则直接放入液氮冷冻槽的话,它们只会变成一块冰。整个过程大约只需2至3小时。

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美娜嘉医生(Menaka Hariharan)
病理学家



干细胞不够移植 怎么办?

或许有些人觉得脐带血也就几十毫升,收集的干细胞数量始终有限,只能针对儿童进行移植,不足以用于成人。且不论在脐带血中干细胞的密度和含量之高,目前有新研究发现,科学家能够大量扩增干细胞,解决来源不足的问题。

此外,若面临干细胞数量不足的问题,还有两种方法:第一是使用2人的脐带血进行移植;第二则是同时使用骨髓与脐带血移植。若姐姐患病,我们可以先移植妹妹的骨髓,再利用脐带血。脐带血还含有细胞因子(cytokine),是一种特别的蛋白质,可帮干细胞分裂和降低发炎的概率,能够有效提高干细胞在患者体内的植入(engraftment)。

因此,脐带血其实有多过1种的用途。即便是同卵双胞胎的脐带血,也需分别收集、处理和储存。他们虽然看起来一模一样,但基因并不是完全相同的。若婴儿患有先天性疾病,则需视何种才能判定能否采集脐带血,譬如重型地中海贫血症婴儿的脐带血是无用的;若是轻型地贫则应该储存起来,若有需要可于治疗患有重型地贫的兄弟姐妹。

禁止移植 胚胎干细胞充作科研

如先前所提,胚胎干细胞为多功能性,而成体干细胞为多潜能性。胚胎干细胞,意味着可以分化成人体任何一种特定细胞,若置于特定环境譬如接触化学物质后,也有一定的可能会癌变。

因此,使用胚胎干细胞进行移植是被禁止的,只能作实验和研究用途。目前大马唯一批准许可用于临床的细胞是多潜能性的造血干细胞,也就是大众较为熟知的骨髓移植、外周血和脐带血移植等。

在日本有医学团队研发了‘人工培养’的诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell)。他们从成人身上提取普通细胞,以病毒去‘诱导’令它‘倒退’,变成类似胚胎干细胞的干细胞。

该研究表明,在谨慎的条件下进行,切断其癌变的途径,能够分化成各种特定、成熟的器官细胞,极具潜力。不过,由于此技术需要使用病毒载体,虽然病毒在过程中会死亡,但许多人对其安全性存在担忧。

即便如此,我们仍可以期待未来人类能够生产安全可控的‘人造干细胞’,届时能够为面对捐献器官短缺的患者带来福音。”

干细胞1问: 随年龄减退 不可能无限再生

问:既然干细胞有“分裂再生”功能,是否意味人类可以长生不老?
答:所有的干细胞都有一定的寿命,这取决于个人体质,这也是为何人们会老化的原因。如果我们比较婴儿与30岁成人的骨髓,可以发现前者呈红色,因为里头造血干细胞的数量非常之多;后者呈黄色,因为骨头里的空隙有越来越多的脂肪组织,造血干细胞也越来越少。人体干细胞的数量和分裂能力,会随着年龄渐长减少和减退,不会永不受限地分裂。

**温馨提醒:文章与广告内提及产品、服务及个案仅供参考,不能作为看诊依据,须以医生的意见为主。

文章来源:
医识力.笔录:杨倩妮.2020.11.25

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