干細(xì)胞“變”出的器官

　　如今，干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究呈現(xiàn)三種路徑和兩個(gè)基本點(diǎn)，它們的立足點(diǎn)都在于，讓干細(xì)胞定性定量生長出新的組織、肌肉或器官，以修復(fù)或重建受損的組織和器官。三種路徑為，一是在實(shí)驗(yàn)室中先讓干細(xì)胞長出相應(yīng)的組織和器官，再移植到患者體內(nèi)；二是直接把干細(xì)胞注入到病患者相應(yīng)的受損部位，長出相應(yīng)的組織和器官；三是誘導(dǎo)患者體內(nèi)的干細(xì)胞直接修復(fù)或重建受損的組織和器官。而兩個(gè)基本點(diǎn)則是，一是利用胚胎干細(xì)胞(ES)作為再生來源，二是使用誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞(iPS)作為再生來源。
　　經(jīng)過不懈的努力，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)能用干細(xì)胞培養(yǎng)多種組織和器官了。
　　
　　心臟細(xì)胞長出來
　　
　　2010年5月，西班牙哈恩大學(xué)健康科學(xué)系的瑪卡雷娜·佩蘭研究小組宣布，他們把脂肪組織的干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成為心肌細(xì)胞。這也意味著，未來可以通過培養(yǎng)脂肪細(xì)胞生成心肌細(xì)胞來治療心臟病。
　　利用干細(xì)胞的修復(fù)功能來治療心臟病是目前再生醫(yī)學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)，但是要讓干細(xì)胞長成相應(yīng)的心肌細(xì)胞卻比較困難。通常的做法是要建立一個(gè)模式，讓干細(xì)胞遵循這樣的模式生長。這便是誘導(dǎo)干細(xì)胞定性生長的一種方式。佩蘭等人的做法是，從人類脂肪組織中分離出成熟的干細(xì)胞，讓這些細(xì)胞暫時(shí)暴露于人類的心房細(xì)胞中，隨后再對(duì)這些細(xì)胞重新進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)過21天的培養(yǎng)，這些細(xì)胞向著心肌細(xì)胞的表型方向分化，生長成心肌細(xì)胞。
　　研究人員發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞從形態(tài)上發(fā)生了改變，表現(xiàn)為帶有纖維紋和分枝的雙核細(xì)胞；免疫熒光檢查發(fā)現(xiàn)，它們帶有心臟特有的標(biāo)記；用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞存在心肌基因，而且它們有逆轉(zhuǎn)錄表達(dá)。由此判斷，這些干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成了心臟細(xì)胞。因此，未來可以從患者身上直接從脂肪中提取干細(xì)胞來培養(yǎng)，變成心肌細(xì)胞，再輸入到病人受損的心臟中，治療心臟病。當(dāng)然，這項(xiàng)方法用于臨床治療可能還需要較長的時(shí)間。
　　美國斯坦福大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)的研究人員對(duì)老鼠進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了兩棲動(dòng)物蠑螈的四肢可以再生，而哺乳動(dòng)物的四肢卻無法再生的原因。他們的研究再次證明了過去的假說，哺乳動(dòng)物放棄再生能力，是因?yàn)樵偕赡軐?dǎo)致癌癥。在這個(gè)過程中，一種稱為腫瘤抑制的ulVteKVYlDo1uL0UPMLs+5AB9yjBUKAjIfN4mfNi/+I=基因(Rb)和另一種稱為ARF的基因起到了重要作用，它們具有阻止組織再生的功能。
　　研究人員把稱為Gata4、Mef2c和Tbx5的三種基因植入老鼠體內(nèi)的細(xì)胞，同時(shí)抑制Rb和ARF基因的作用，結(jié)果老鼠體內(nèi)原本只具有結(jié)構(gòu)功能的普通成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)椴珓?dòng)的心臟細(xì)胞，這一過程只需要幾天。如果這一實(shí)驗(yàn)未來能在人體證實(shí)，那么，利用干細(xì)胞修復(fù)心臟的再生醫(yī)學(xué)將會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的境界。
　　
　　腸道也可以長出來
　　
　　美國辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心的詹姆斯·威爾斯的研究團(tuán)隊(duì)在2010年12月12日出版的《自然》雜志上發(fā)表其研究成果稱，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中首次將多功能干細(xì)胞變成了功能性人體腸道組織。該團(tuán)隊(duì)采用了幾個(gè)月大的人體胚胎干細(xì)胞和基于人體皮膚細(xì)胞的誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞。人體胚胎干細(xì)胞能變?yōu)槿梭w內(nèi)200多種細(xì)胞類型中的任何一種，被稱為多功能干細(xì)胞。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞可以利用病人的細(xì)胞來獲得，由此可具有不發(fā)生免疫排異反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
　　研究人員首先在培養(yǎng)皿中將多功能干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成定型內(nèi)胚層(可產(chǎn)生食道、胃、腸、肺、胰臟和肝臟的內(nèi)層組織)的胚胎細(xì)胞，接著將胚胎細(xì)胞轉(zhuǎn)化為“后腸定向祖細(xì)胞”，這是一種胚胎腸細(xì)胞。隨后，研究人員再將胚胎腸細(xì)胞放進(jìn)促進(jìn)腸發(fā)育的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。28天后，研究人員獲得了類似胎兒腸道的成型組織，這種組織包含腸道所有的主要細(xì)胞，包括腸上皮細(xì)胞、帕內(nèi)特細(xì)胞(一種分布于腸腺底部的腸黏膜分化上皮細(xì)胞)、腸內(nèi)分泌細(xì)胞。這種組織會(huì)持續(xù)成熟，獲得正常人體腸組織所具有的吸收和分泌功能，并會(huì)形成腸特異性干細(xì)胞。
　　用胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞培育成人體完整的腸道對(duì)治療一些疾病奠定了基礎(chǔ)，如壞死性小腸結(jié)腸炎、炎性腸病、短腸綜合征。另外，這一研究也有助于幫助人們了解人類腸道發(fā)育的過程和腸道吸收的功能，為將來設(shè)計(jì)出更好的、更容易吸收的口服藥物提供了線索，因?yàn)榻裉齑蟛糠挚诜幎纪ㄟ^腸道吸收發(fā)揮作用。
　　
　　堅(jiān)硬牙齒的再生
　　
　　牙齒是人體最堅(jiān)硬的器官之一，即使尸體多年腐爛后，牙齒還可以存在。但是，如此堅(jiān)硬的器官是否也能重新生長呢?研究人員的回答是肯定的。
　　美國哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心組織工程學(xué)及再生藥物實(shí)驗(yàn)室研究人員通過直接在病患處引入干細(xì)胞來誘導(dǎo)牙齒的生長。杰瑞米·毛的研究小組在動(dòng)物口腔內(nèi)進(jìn)行了牙齒再生實(shí)驗(yàn)，結(jié)果令人滿意。研究人員對(duì)22只老鼠做了實(shí)驗(yàn)。他們?cè)诶鲜蟮那褒X上做了一個(gè)由聚己內(nèi)酯和羥磷灰石形成的托架，然后向其中注入基質(zhì)細(xì)胞衍生因子和骨成形蛋白7。這兩種物質(zhì)相當(dāng)于促進(jìn)骨生長的干細(xì)胞。因?yàn)樗鼈儾粌H能極大地吸收內(nèi)源性細(xì)胞，而且能促進(jìn)新血管的生成。
　　9個(gè)星期后，這些老鼠的牙托部位長出了純粹的牙周韌帶，同時(shí)，在老鼠前牙的界面處還長出了新的牙骨。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)意味著，今后如果能應(yīng)用到人，只需在患者口腔內(nèi)植入一個(gè)托架，并將患者體內(nèi)的干細(xì)胞引導(dǎo)至缺牙的部位，就可以讓缺牙的地方長出新牙齒出來，實(shí)現(xiàn)真正意義上的牙齒再生。而用于植入患者口腔的托架將全部采用天然材料制成，然后放置在失去牙齒的牙洞內(nèi)。在生長的過程中，托架會(huì)與周圍的牙組織逐漸融合，甚至還會(huì)令牙周韌帶及齒槽骨再生。這些正是傳統(tǒng)植牙方法所無法帶來的。
　　目前傳統(tǒng)的牙科手術(shù)是將牙齒種植到患者口腔內(nèi)，這個(gè)過程不僅困難，而且讓患者產(chǎn)生極大痛苦。因?yàn)椋泪t(yī)通常將一個(gè)附著牙齒的鈦制錐形螺絲直接嵌入患者的頜骨。即使注射局麻藥，術(shù)后患者也會(huì)感到極大的痛苦，同時(shí)患者的恢復(fù)過程也相對(duì)較長且較不確定。所以，未來如果這種讓干細(xì)胞直接在缺牙處生長的方法在人體試驗(yàn)成功并進(jìn)入臨床治療，將會(huì)是患者極大的福音。
　　
　　骨骼生長不是夢(mèng)
　　
　　既然牙齒能重新長出來，骨骼是否也能重新生長呢?答案是肯定的。
　　同樣是杰瑞米·毛的研究小組于2010年7月29日在《柳葉刀》上公布，他們?cè)谕米由砩贤瓿闪岁P(guān)節(jié)再生的實(shí)驗(yàn)性治療。他們利用干細(xì)胞培植出了骨骼和軟骨組織，以填補(bǔ)殘缺的關(guān)節(jié)，此外，他們?cè)谙嚓P(guān)部位植入一個(gè)此前用計(jì)算機(jī)模式建立的生物關(guān)節(jié)支架，制作這個(gè)支架的材料同樣是聚己內(nèi)酯和羥磷灰石。
　　研究人員把兔子分成三組，都切除肱骨頭，前兩組每組10只，一組植入注入了轉(zhuǎn)移生長因子B 3的關(guān)節(jié)支架，另一組植入的支架中是沒有轉(zhuǎn)移生長因子B 3的膠原水凝膠。第三組有3只兔子，只切除肱骨頭，不植入生物支架。在治療1-2周、3-4周和5-8周時(shí)，對(duì)兔子的運(yùn)動(dòng)和負(fù)重能力進(jìn)行評(píng)估。此外，在4個(gè)月時(shí)對(duì)兔子體內(nèi)重新生長出的軟骨進(jìn)行評(píng)估，內(nèi)容包括軟骨表面的裂紋、軟骨的厚度、密度、軟骨細(xì)胞的數(shù)量、Ⅱ型膠原、聚集蛋白聚糖(來自軟骨)和軟骨與關(guān)節(jié)的力學(xué)特性。
　　注入了轉(zhuǎn)移生長因子β3生物支架的一組所有兔子在治療后3-4周時(shí)完全恢復(fù)了負(fù)重和運(yùn)動(dòng)能力，負(fù)重和運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性比植入膠原水凝膠生物支架的兔子更長。只切除肱骨頭不植入生物支架組的兔子一直是跛行。在治療4個(gè)月后，注入了轉(zhuǎn)移生長因子β3生物支架的一組兔子在關(guān)節(jié)表面完全覆蓋了透明軟骨，而植入膠原水凝膠生物支架的兔子只有零星的軟骨形成，但不植入生物支架的兔子沒有軟骨形成。此外，在軟骨細(xì)胞的數(shù)量、Ⅱ型膠原、聚集蛋白聚糖和力學(xué)特性方面，也是注入了轉(zhuǎn)移生長因子β3生物支架的兔子多于和優(yōu)于植入膠原水凝膠生物支架的兔子，而最差的是不植入生物支架的兔子，幾乎沒有恢復(fù)關(guān)節(jié)的功能。
　　研究人員認(rèn)為，對(duì)兔子植入注入了轉(zhuǎn)移生長因子β3生物支架是在刺激兔子體內(nèi)的干細(xì)胞生長，并引導(dǎo)干細(xì)胞移向關(guān)節(jié)受損的部位，從而再造了骨骼和軟骨。
　　
　　肝臟也可以培養(yǎng)
　　
　　肝炎和肝癌常常損壞肝臟，而肝功能衰竭則最終導(dǎo)致生命的終結(jié)。所以，用干細(xì)胞重新生長出新肝臟比肝移植的療效還要好。現(xiàn)在，微型肝臟已經(jīng)能培養(yǎng)出來了。
　　美國維克森林大學(xué)浸會(huì)醫(yī)學(xué)中心的謝伊·索科爾團(tuán)隊(duì)使用人體干細(xì)胞首次在實(shí)驗(yàn)室培育出微型人體肝臟。研究人員首先將動(dòng)物肝臟中的細(xì)胞除去，只留下支持細(xì)胞生長的膠原蛋白框架以及一個(gè)細(xì)小的血管網(wǎng)絡(luò)。接著將不成熟的人類肝臟細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞(兩者類似干細(xì)胞)逐漸填入框架中。隨后，再將整個(gè)框架移入一個(gè)生物反應(yīng)器中，并使用營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的混合物來培養(yǎng)這些細(xì)胞。一周后細(xì)胞的生長狀況非常好，表現(xiàn)出了真正人體肝臟的許多功能。但是，這一研究還處于初級(jí)階段。
　　不過，要想獲得臨床可用的肝臟，還需要同時(shí)培育出數(shù)十億肝臟細(xì)胞，以生長出足夠大的肝臟供病人使用，同時(shí)得保證這些器官安全可靠。要做到這些，還有很長的路要走。但是，用干細(xì)胞生長出微型肝臟已經(jīng)讓人們看到了一絲曙