招贤纳士

您现在的位置:首页 >> 新闻资讯 >> 前沿科技 >> 细胞新发现:开启生命再造时代

细胞新发现:开启生命再造时代

日期:2012年10月15日 15:55

        被告知自己获得诺贝尔生理学或医学奖时,日本京都大学物质—细胞统合系统据点iPS细胞研究中心主任长、50岁的山中伸弥(Shinya Yamanaka)教授,刚放下手头修理洗衣机的活。今年,他和英国发育生物学家、79的约翰·戈登(John B. Gurdon)因在细胞核重编程研究领域的杰出贡献,分享了这一大奖。

  诺贝尔奖评选委员会表彰了他们发现“成熟细胞经过重编程后转化为多能干细胞”,并称他们的发现革新了人们对细胞和有机体如何发育的理解,改写了教科书,建立了新的研究领域,为疾病的诊断和治疗带来了新契机。

  在接受记者专访时,中国科学院生物医药与健康研究院干细胞与再生医学研究所研究员、973首席科学家潘光锦点评,两位科学家的研究为再生医学的发展开启了一扇门,不过诱导多能干细胞若真要用于人体治疗,仍有很长的路要走。

        不安分的实验

  很长一段时间,科学家普遍认为成熟后的细胞不可能再回到未成熟、多能性的状态。戈登和山中伸弥反其道而行之,在学界引发震动

  两人年龄相差29岁,获奖研究进行的时间分别在两个世纪,却有着同样的固执和不安分。

  1962年,戈登在一项经典实验中,将一个青蛙卵细胞核替换为成熟肠细胞核,这个改变了的卵细胞发育成为一只正常的蝌蚪,首次证实了已分化细胞的基因组可通过核移植技术将其重新转化为具有多能性的细胞。

  这一实验在学界引起巨大震动,因为此前很长一段时间,科学家普遍认为成熟后的细胞不可能再回到未成熟、多能性的状态。反其道而行的戈登因此声名大振,也成为细胞核移植和克隆方面的先驱。

  戈登的实验实现了理论性的重大突破,新的问题也随之而来。“这一实验实施起来限制不少。首先要用到卵子,在高等动物的重复性差,也被认为涉及伦理层面的问题,因此,科学家们意识到,探索还须不断进行。”潘光锦说。

  44年后,同样不爱走寻常路的日本人山中伸弥做了个实验,引起震动。当时,科学家们都在研究能让具有多能性的胚胎干细胞变成成熟细胞,而山中伸弥却拿成熟细胞做实验,探索将其逆转回多能状态的研究。反复试验后他终于找到一种方法,成功将纤维细胞组织中的成熟细胞转化为不成熟的具有多能性的干细胞。

  “戈登的实验说明细胞逆转可以通过卵子实现,这意味着卵子里面肯定存在一些物质,若放到体细胞内,就能让体细胞变成多能细胞。”潘光锦分析,山中伸弥的实验很重要的一步,就是比对原始多能细胞和成熟非多能细胞之间的物质差异,最终在原始多能细胞中找到24个高表达基因,导入成熟非多能细胞内,进而观察非原始细胞的变化。

  最终,山中伸弥仅用了4个基因就让小鼠成熟的体细胞逆转为多能干细胞。而在一年后“他们和美国威斯康星·麦迪逊的James Thomson实验室同时实现了这一技术在人体细胞的可行性。”在潘光锦看来,这一实验为科学家们在再生医学领域的研究开辟了广阔天地,“诱导多能干细胞可以分化为皮肤、肌肉、软骨、神经细胞等,为疾病治疗提供了革命性的新思路。”

  被延续的生命

  针对某些疾病,若将病人自身细胞诱导成多能干细胞,再分化为所需的细胞,随后给患者进行骨髓或神经移植,他们的生命就可以延续

  相对在求学阶段被同学讥笑是“蠢蛋”却力排众议苦熬多年的戈登,在许多人眼中,山中伸弥无疑幸运得多。

  6年前,他宣布首次发现将4种基因植入白鼠的皮肤细胞可制成多能细胞,并在美国科学杂志《细胞》发表论文时,坊间关于他“做了一件了不起的事”的议论便随之传开。随后,小鼠、人等不同物种诱导多能干细胞的成功又反复证明了细胞命运可以通过基因调节转换这一结论。

  6年后,山中伸弥获诺奖。潘光锦评价,他之所以在短短几年就受到这一荣誉的青睐,一个重要原因是,他的研究应用前景广阔。“上世纪五六十年代戈登的第一只青蛙产生后,科学家们就一直在思考改变细胞命运这一课题。但无论是做克隆,把成熟个体逆转为最原始状态,再生动物等,最重大的意义都落脚于如何将这些技术应用于再生医学领域。”

  生命,复杂而神奇。多年来,经过药物治疗、手术治疗,人类攻克了大多数疾病,然而对于那些由于体内细胞衰老、死亡造成的退行性疾病,如老年痴呆、帕金森综合症等,至今仍没有好办法。

  “老年痴呆是因为脑细胞死亡而产生的,帕金森是多巴胺神经元细胞死亡而导致的,它们的共性是,这些细胞都不能死而复生,唯一的办法是‘再生’,也就是重新造一些出来,这就是再生医学。”潘光锦说,按照这个思路,针对某些血液病、神经系统的疾病,若将病人自身细胞诱导成多能干细胞,再分化为所需的细胞,随后给患者进行骨髓移植、神经移植,他们的生命就可以得到延续。

  如今,潘光锦和他的团队正在做一个针对地方病的项目:国家重大科学研究计划“非整合人诱导性多能干细胞及相关技术用于β地中海贫血治疗的研究”项目。未来5年内,项目组将通过诱导性多能干细胞研究,寻找治疗单基因遗传病地中海贫血的新方法。潘光锦表示,地中海贫血危害很大,但目前的治疗手段受到了很多制约,而诱导多能干细胞通过对成体细胞进行重新编程,可以使细胞成为多能干细胞,重新获得分化成多种细胞的能力。

  潘光锦认为,诱导多能干细胞有望最快在3—5年内应用在某些神经系统疾病治疗方面,如脊髓损伤、脑损伤、帕金森等病。他的研究团队目前正在招募志愿者,免费建立病人自己的诱导多能干细胞,存入多能干细胞库,以便将来可随时使用。

  经过半年努力,潘光锦的“多能干细胞库”中已有上百位志愿者留下体细胞,其中5位志愿者是地贫患者。研究组已将他们的体细胞诱导成多能干细胞,下一步会通过致病基因原位修复,进一步分化成有功能的血液干细胞,最终用于移植治疗,从而根治地中海贫血。

  除了潘光锦团队,还有许多科学家在进行着这一领域的研究探索,尤其是动物试验。据当地媒体报道,江苏省人民医院的专家正将动物的皮肤细胞诱导成多能干细胞,再分化为心肌细胞,随后移植到病鼠身上,以期能为心肌梗死的病人探索一条路,开启新的生命之门。

  根据相关统计,2011年,中国在诱导多能干细胞领域发表的论文数量仅逊于美国和日本,位居世界第三。因此在诱导多能干细胞研究领域,中国与世界发达国家站在同一起跑线上,这是许多科学家的共识。

  要突破的瓶颈

  如今,科学家最迫切希望突破的瓶颈更多是诱导生成干细胞的效率和干细胞质量控制等问题,这个工程很庞大,但也很迫切

  再看长远一点,人们所希望的远不止解决细胞层面的问题。比方说,器官再造、移植救命是否会变为现实?人能否像汽车一样,随时更坏老化而毁损的“零部件”?甚至有一天,像在电影《终结者》中的液态机器人,随意将身体变成水银般的液体,在流过狭窄的窗缝之后,又可以再塑人形?

  在潘光锦看来,这还有很长的路要走。“光就器官移植而言,器官是三维结构,和血液系统、神经系统的细胞分化是两回事,因此尽管在理论上行得通,器官也不是说造就能造的。”

  而一种更大胆的想法是,借助动物的发育,产生能和人配对的器官,“比如,一个病人需要心脏移植,我们就先获得这个病人的诱导多能干细胞,再分化为造血细胞、骨髓细胞等,将其注入猪的免疫系统,重建猪的免疫系统,解决排斥问题,然后再将这人源化猪的器官,用于移植。”潘光锦坦言,这也还停留在设想阶段。

  如今,科学家最迫切希望突破的瓶颈,更多的是诱导生成干细胞的效率和干细胞质量控制等问题。

  “问题很多,首要考虑是你取病人哪里的细胞进行诱导,他们最容易接受?”潘光锦面对的上百志愿者中,就有人明确表示不愿被取皮肤细胞进行诱导,最终,研究组在其尿液中找到所需细胞。

  如果说病人的主观问题容易解决,那么从科学的角度而言,哪里的细胞诱导效率最高?诱导成功后细胞足够安全,不会发生突变?

  “不要小看诱导效率的问题,比如有些白血病的患者,如果骨髓细胞诱导效率过慢,他们就等不了了,我们的效率是平均起来三周能诱导成功;此外,安全性更为重要,山中伸弥一开始就拿病毒作为载体进行实验,然而一旦这些细胞被整合到癌基因里面,很可能将此基因激活,给人体带来威胁。”

  潘光锦介绍,为了研究和解决这一系列问题并总结出其中规律,美国和日本都将建立诱导多能干细胞库作为国家战略来实施,其中日本更是投入200万美元,建立覆盖国民基因型的细胞库。在他看来,这个工程很庞大,也很迫切。(来源: 南方日报)

所属类别: 前沿科技

该资讯的关键词为: