□本報(bào)記者 郭 偉
4月28日，美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校華人科學(xué)家丁勝領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)布新成果：通過使用一些化合物，他們把皮膚細(xì)胞成功轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞與腦細(xì)胞。
丁勝說，未來病人也許可以通過服用藥物，來修復(fù)和再生自己的組織器官。
同月，美國科學(xué)家使用植入大腦的微型芯片，首次讓一名四肢癱瘓者恢復(fù)部分運(yùn)動(dòng)能力。
同月，我國發(fā)射的“實(shí)踐十號”上，被稱為神經(jīng)系統(tǒng)“種子”細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞被搭載升空，我國科學(xué)家期待太空微重力環(huán)境能誘導(dǎo)它們成為受損神經(jīng)“修補(bǔ)神器”。
還是同月，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生殖科學(xué)研究院沈偉教授課題組在干細(xì)胞分化配子研究方面取得突破，“就好比《西游記》里孫悟空吹毛分身一樣，我們可讓人發(fā)毛囊干細(xì)胞變?yōu)榫踊蚵炎?，最終‘造人’”。
跨學(xué)科、多路徑的修復(fù)與再生技術(shù)，在這個(gè)滋長生發(fā)的季節(jié)里“扎堆”亮相。來自不同學(xué)科的科學(xué)家，在跨界整合、協(xié)同創(chuàng)新中，讓“壁虎尾巴”般的再生夢想，變得不再遙不可及。
“老樹發(fā)新枝”：激活“生命種子”
應(yīng)用生命科學(xué)、材料科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科的原理和方法，研究和開發(fā)用于替代、修復(fù)、重建或再生人體各種組織器官的新型學(xué)科，被稱為再生醫(yī)學(xué)。
“再生醫(yī)學(xué)的努力方向，就是最終把醫(yī)學(xué)帶入重建、再生、‘制造’、替代組織器官的新時(shí)代?！焙颖贬t(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院細(xì)胞治療實(shí)驗(yàn)室主任、副教授李全海介紹，“作為具備再生能力的‘生命種子’，干細(xì)胞是再生醫(yī)學(xué)中最為熱門的研究領(lǐng)域之一?！?/p>
近期，日本理化學(xué)研究所研究人員利用實(shí)驗(yàn)鼠的iPS細(xì)胞再生出完整的皮膚系統(tǒng)。這一成果被認(rèn)為將有助于開發(fā)出治療燒傷、嚴(yán)重皮膚病、重度脫發(fā)等的新方法。日本九州大學(xué)研究人員則在不久前舉行的日本再生醫(yī)療學(xué)會(huì)總會(huì)上報(bào)告說，他們利用從兒童脫落的乳牙中提取的干細(xì)胞培育出大量肝細(xì)胞，并通過移植這些細(xì)胞成功改善了肝硬化實(shí)驗(yàn)鼠的癥狀。
而由我國和美國研究人員共同組成的科研團(tuán)隊(duì)3月9日在《自然》雜志發(fā)表報(bào)告說，他們通過誘導(dǎo)自體干細(xì)胞的再生潛能，形成具有視覺功能的新晶狀體，可治療嬰幼兒先天性白內(nèi)障。
“干細(xì)胞是一類特殊的細(xì)胞。它們可以自我更新，并且可以定向分化成特定類型的功能細(xì)胞。你可以把它想象成一個(gè)樹干，它有能力滋生出新的枝杈和樹葉，甚至開花結(jié)果?！崩钊＝榻B，根據(jù)來源的不同，干細(xì)胞一般分為胚胎干細(xì)胞（ES）和成體干細(xì)胞（AS）?！芭咛ジ杉?xì)胞又被稱為‘全能干細(xì)胞’，可以分化成體內(nèi)所有類型的細(xì)胞，而成體干細(xì)胞并非全能，但可以分化成相應(yīng)器官的所有類型的細(xì)胞（如造血干細(xì)胞可以分化成造血系統(tǒng)所有類型的細(xì)胞），被稱為‘多能干細(xì)胞’。因此，可以先將干細(xì)胞分化成特定類型的功能細(xì)胞，如心肌細(xì)胞、胰島細(xì)胞等，再將這些細(xì)胞移植到病人體內(nèi)，替代損傷組織，這就是再生醫(yī)學(xué)的基本原理。”
2006年，日本京都大學(xué)教授山中伸彌等人通過轉(zhuǎn)染四種轉(zhuǎn)錄因子將實(shí)驗(yàn)小鼠成纖維細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（IPS）。這為研究者獲取多能干細(xì)胞帶來了更為高效便捷的方法。而另一種很有應(yīng)用前景的干細(xì)胞是間充質(zhì)干細(xì)胞，可從骨髓或其他組織獲得，其由自身分離，沒有免疫排斥的特點(diǎn)更適合治療使用。
干細(xì)胞技術(shù)的進(jìn)步不斷打破傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)定的“禁區(qū)”。成人心肌細(xì)胞新生能力極其有限，丁勝團(tuán)隊(duì)通過對89個(gè)已知會(huì)促使細(xì)胞重新編程的小分子進(jìn)行篩選，找到9種化合物的組合可把人類皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞。他們首先讓皮膚細(xì)胞進(jìn)入一種類似多能干細(xì)胞的狀態(tài)，多能干細(xì)胞在特定器官中可分化為多種細(xì)胞類型，并最終把這些細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞。
不僅僅是心肌細(xì)胞，干細(xì)胞技術(shù)的快速進(jìn)步，讓視網(wǎng)膜細(xì)胞等此前被認(rèn)為無法再生的細(xì)胞都顯露可再生曙光。
“干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常值得期待，但就當(dāng)下的臨床治療而言，干細(xì)胞再造器官移植仍有待時(shí)日。”李全海表示，讓有諸多可能性的干細(xì)胞精確定向分化難度極大，目前仍處于基礎(chǔ)研究或動(dòng)物模型試驗(yàn)階段，尚難明確進(jìn)入臨床的時(shí)間表。
“不過干細(xì)胞不僅具備再生組織的功能，它還具備調(diào)節(jié)免疫、改善微環(huán)境、促進(jìn)血管新生的作用?！崩钊１硎?，他和研究人員正嘗試使用干細(xì)胞療法改善“糖尿病足”患者的病情，“一些患者疼痛減輕，行走距離變長，療效積極?！?/p>
“新材巧嫁接”：基因編輯再造器官
干細(xì)胞的精確定向分化仍是難題，不妨換個(gè)思路，把已經(jīng)發(fā)育成型的異體乃至異種器官“深度加工”，按需“嫁接”如何？
3月29日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院對外宣布，該院賴良學(xué)課題組利用精確基因編輯技術(shù)對豬胰島素基因進(jìn)行了無痕定點(diǎn)修飾，使豬胰島素基因編碼生產(chǎn)人胰島素，成功建立了完全分泌人胰島素的“基因編輯豬”。
“人源化胰島素‘基因編輯豬’的首個(gè)功能，就是為糖尿病的治療提供人胰島素?！毖芯咳藛T說，更可期待的是，“基因編輯豬”將為臨床異種胰島移植治療提供更為理想的供體來源。
基因編輯技術(shù)，又稱“基因剪刀”（CRISPR）?！斑@一技術(shù)已三次入圍《科學(xué)》雜志年度十大突破，更在2015年底成為《科學(xué)》和《自然》雜志雙雙關(guān)注的年度焦點(diǎn)?！焙颖贬t(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室、河北省醫(yī)學(xué)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授孫紹光介紹，這一技術(shù)讓基因編輯實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、簡單操作，讓基因編輯的“門檻”大幅降低，修改、刪除細(xì)胞基因如剪刀般“利索”?！熬驮谌ツ?，中山大學(xué)科學(xué)家黃軍首次利用基因剪刀技術(shù)成功修改人類胚胎的一個(gè)基因，阻止了這一基因突變導(dǎo)致的地中海貧血癥?！?/p>
“基因剪刀”，也成為再生醫(yī)學(xué)開疆辟土的利器。
“豬源胰島素曾經(jīng)被廣泛采用，利用豬胰島進(jìn)行異種移植治療糖尿病最近也取得良好進(jìn)展。但豬與人相比，胰島素蛋白存在一個(gè)氨基酸的差異，這一差異使豬胰島素在人體中的降血糖功效不高，而且長期使用容易誘發(fā)抗體產(chǎn)生?！睘榇?，研究人員建立了豬基因組無痕定點(diǎn)編輯技術(shù)，利用該技術(shù)在體細(xì)胞中修改了豬胰島素中的差異氨基酸，并通過體細(xì)胞核移植技術(shù)成功構(gòu)建了人源化胰島素克隆豬。
隨后，高分辨率液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀檢測證實(shí)，從該基因修飾豬胰腺中提取的胰島素完全為人胰島素，而不含豬胰島素。
“生活和醫(yī)療條件的改善，讓人類的壽命得以不斷延長，相對更長的生命旅程里，生病、受傷的幾率也就越來越大?！痹S多專家表示，“基因剪刀”技術(shù)對異種或異體器官的改造，將使得皮膚、器官、骨骼等這些容易受傷受損的人體組織獲得“取材方便”的“備件倉庫”。
“跨界尋良方”：電子替代品整裝待發(fā)
心臟支架、牙齒“種植”……許多人的體內(nèi)，已經(jīng)裝置上了各類非生物材料打造的人造“零件”。
再生與重建探索中，非生物材料和其他電子技術(shù)，正在探索遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“撐起一根血管”和“補(bǔ)齊一顆牙齒”范圍的廣闊可能性。
臨床經(jīng)驗(yàn)顯示，弱視最佳診療時(shí)間是8歲之前，一旦腦神經(jīng)發(fā)育完成以后，治療成功率將大幅降低，大約在10％以下。
“我們正利用光電新技術(shù)，讓這些錯(cuò)過診療時(shí)間的患者的視神經(jīng)再次進(jìn)行發(fā)育，掀開弱視患者‘遮在眼前的簾’?！苯衲?月，中科院成都分院院長張雨東介紹，中科院光電所最新研制的技術(shù)設(shè)備已投入臨床階段，新技術(shù)可對患者的視覺神經(jīng)進(jìn)行精細(xì)化到細(xì)胞層次的刺激，令患者視覺神經(jīng)繼續(xù)發(fā)育，并進(jìn)行改造，使成年弱視患者獲得更有效的治療。臨床數(shù)據(jù)顯示，目前該方式治療成功率接近70％，大大提升了成人弱視患者的視力水平。
在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)久攻不破的癱瘓領(lǐng)域，電子技術(shù)近日也取得備受矚目的突破。
4月13日，美國俄亥俄州立大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員在《自然》雜志上報(bào)告說，他們研制出一種植入大腦的微型芯片，第一次成功讓一名四肢癱瘓者恢復(fù)多個(gè)手指和手腕的運(yùn)動(dòng)能力。
這名24歲的癱瘓男子伊恩·布克哈特在植入大腦芯片后，可以用手做出一些復(fù)雜動(dòng)作，比如拿起并在讀卡機(jī)上刷信用卡；可以抓住瓶子，把瓶子里的液體倒入罐子，并拿起棒子攪拌罐子里的液體；可以拿起手機(jī)放到耳邊聽電話。
對于全世界百萬癱瘓者而言，這無疑是激動(dòng)人心的消息。
參與研究的俄亥俄州立大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)生阿里·雷澤說：“我們第一次表明能夠提高一名四肢癱瘓者的運(yùn)動(dòng)機(jī)能，改善他的手部動(dòng)作。”
這個(gè)芯片被命名為“神經(jīng)生命”，大小比豌豆還小，植入大腦的運(yùn)動(dòng)皮層后，其算法可學(xué)習(xí)并解碼使用者的大腦活動(dòng)。芯片通過電線與繞在前臂上的一個(gè)肌肉電刺激系統(tǒng)相連，該系統(tǒng)可把大腦信號轉(zhuǎn)換成刺激手臂肌肉的信號。
研究人員查德·布頓介紹說，過去10年里，科學(xué)界已學(xué)會(huì)如何破解癱瘓者的大腦信號，而現(xiàn)在這種大腦活動(dòng)被第一次轉(zhuǎn)換成動(dòng)作，顯示出大腦信號可繞過受傷的脊髓通過電子“神經(jīng)旁路”直接傳到手臂處控制其活動(dòng)。
研究人員計(jì)劃將在更多癱瘓人士身上試驗(yàn)這種裝置，他們還計(jì)劃讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線接入，讓患者在家中方便使用。
類似網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)的傳遞方式，替代了原本被認(rèn)為“無可替代”的神經(jīng)系統(tǒng)。這也拓寬了再生與重建的夢想疆域：還有哪些可能性，我們還未曾洞見？
