干细胞技术的兴起可以说是人类医学史上的奇迹,它不仅成为人类攻克肿瘤疾病的制胜法宝,同时也为再生医学提供了无限可能。随着对干细胞研究的逐步深入,这类特殊细胞的定义也在不断被修正。
通常认为,干细胞是一类具有无限或者永生的自我更新能力的细胞,可以产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞。
它可以通过不断分裂来实现修复,出于发育阶段的不同,它又可以分为胚胎干细胞和成体干细胞——前者具有发育全能性,理论上可以经过特定条件诱导分化为机体中所有种类的细胞,历经大量扩增、筛选、冻存和复苏之后,仍旧活力不减,特性不改,因而也将胚胎干细胞称为全能干细胞。
医学研究者始终对胚胎干细胞抱有高度兴趣,认为基于胚胎干细胞的培养可以有效连携组织工程、细胞工程、基因工程等各类生物技术,并为人类组织器官损伤和功能衰竭的“换装”提供便利。
其实,胚胎干细胞技术带来的好处远不止此。对干细胞移植手术有所了解的朋友应当知道,解决肿瘤疾病、器官修复时进行的大多为异体或异种移植,HLA不可能完美相合,因此导致的排异反应相当普遍,是移植失败的主因之一。
医学研究人员一直希望能探索得到更为原初的全能细胞,尤其是接近早期胚胎原始状态的细胞,更加纯净,也更有利于移植。
早在2012年,诺贝尔生理学或医学奖颁发给了日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka),以奖励其成功将成熟体细胞诱导成囊胚阶段的多能干细胞。
山中伸弥的学术成果被称为体细胞重编程技术,是通过导入特定转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞,即诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)。
iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似,可以说,山中教授的构思和做法为人类溯源胚胎干细胞踏出了坚定的一步。
随后的十余年间,科学家持续耕耘这一领域,我国科学家终于取得又一颠覆性突破。来自中国科学院和深圳华大生命科学研究院等多家机构的研究者通过体细胞诱导培养出了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞,有媒体称其为“全球在体外培养的最年轻的人类细胞”。
这一重磅研究成果在2022年3月22日发表于顶级学术期刊《自然》(Nature)上,题为Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage。研究指出,通过非转基因的“鸡尾酒”细胞重编程方法,可将多能干细胞转化为全能性8细胞期胚胎样细胞,这相当于受精卵发育3天状态时的全能干细胞。相比于此前所诱导得到的多能干细胞,这种更原始的“准胚胎干细胞”可以分化为胎盘组织和其他更加成熟的身体组织。
换言之,它为再生医学领域带来了堪称江河源头的生命活水,而将已经“成年”的高度分化细胞逆转为接近原初态受精卵的“3日龄”全能干细胞,从某种意义上来说相当于现实版本的返老还童。
从当前的临床前数据看,人源多能干细胞(胚胎干细胞及诱导多能干细胞)已经可以实现对肿瘤,神经退行性型疾病等多种疾病的治疗,在未来更广阔的适应症选择上,全能干细胞或许可以提供更开阔的思路。
据统计,全球每年大概有200万人需要器官移植,全球平均器官供需比为1∶20-1∶30;我国每年约有30万患者因器官功能衰竭需要器官移植,但每年器官移植手术仅为2万余例,器官移植存在供需的极度不平衡,缺口较大。
这项研究也将有助于解开人类胚胎早期发育的密钥,也将助力实现未来各类器官/组织的体外再生,对解决器官短缺,异体和异种移植排斥反应等问题,有着重大的意义。
也许在未来的某一天,我们不再为器官短缺而忧虑,也无惧于异体移植可能出现的严重排异反应,人类在探索自身奥秘的道路上迈出的每一步都是稳重而坚毅的。
参考文献:
[1]张翔,岳建和,黄宁.S100A9促进胚胎干细胞向神经前体细胞分化中顶端—基底极化和神经管形成[J].陆军军医大学学报,2023,45(01):10-18.
[2]李璇,王晓玲,崔甜甜,范增,赵玲萍,颜颢,徐振钊,何丽娟,周军年,王海洋,张彪,曾泉,习佳飞,岳文,裴雪涛.胚胎干细胞来源的拟血岛巨噬细胞对红细胞分化的促进作用[J].解放军医学杂志,2022,47(12):1180-1189.
[3]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1728000007844518870&wfr=spider&for=pc
[4]陈晔光,赵联正.中国类器官研究的发展[J].中国科学:生命科学,2023,53(02):137-139.
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