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□本报记者 郭 伟 4月28日，美国加利福尼亚大学旧金山分校华人科学家丁胜领导的团队在《科学》杂志上发布新成果：通过使用一些化合物，他们把皮肤细胞成功转化为心肌细胞与脑细胞。 丁胜说，未来病人也许可以通过服用药物，来修复和再生自己的组织器官。 同月，美国科学家使用植入大脑的微型芯片，首次让一名四肢瘫痪者恢复部分运动能力。 同月，我国发射的“实践十号”上，被称为神经系统“种子”细胞的神经干细胞被搭载升空，我国科学家期待太空微重力环境能诱导它们成为受损神经“修补神器”。 还是同月，青岛农业大学生殖科学研究院沈伟教授课题组在干细胞分化配子研究方面取得突破，“就好比《西游记》里孙悟空吹毛分身一样，我们可让人发毛囊干细胞变为精子或卵子，最终‘造人’”。 跨学科、多路径的修复与再生技术，在这个滋长生发的季节里“扎堆”亮相。来自不同学科的科学家，在跨界整合、协同创新中，让“壁虎尾巴”般的再生梦想，变得不再遥不可及。 “老树发新枝”：激活“生命种子” 应用生命科学、材料科学、临床医学、计算机科学和工程学等学科的原理和方法，研究和开发用于替代、修复、重建或再生人体各种组织器官的新型学科，被称为再生医学。 “再生医学的努力方向，就是最终把医学带入重建、再生、‘制造’、替代组织器官的新时代。”河北医科大学第一医院细胞治疗实验室主任、副教授李全海介绍，“作为具备再生能力的‘生命种子’，干细胞是再生医学中最为热门的研究领域之一。” 近期，日本理化学研究所研究人员利用实验鼠的iPS细胞再生出完整的皮肤系统。这一成果被认为将有助于开发出治疗烧伤、严重皮肤病、重度脱发等的新方法。日本九州大学研究人员则在不久前举行的日本再生医疗学会总会上报告说，他们利用从儿童脱落的乳牙中提取的干细胞培育出大量肝细胞，并通过移植这些细胞成功改善了肝硬化实验鼠的症状。 而由我国和美国研究人员共同组成的科研团队3月9日在《自然》杂志发表报告说，他们通过诱导自体干细胞的再生潜能，形成具有视觉功能的新晶状体，可治疗婴幼儿先天性白内障。 “干细胞是一类特殊的细胞。它们可以自我更新，并且可以定向分化成特定类型的功能细胞。你可以把它想象成一个树干，它有能力滋生出新的枝杈和树叶，甚至开花结果。”李全海介绍，根据来源的不同，干细胞一般分为胚胎干细胞（ES）和成体干细胞（AS）。“胚胎干细胞又被称为‘全能干细胞’，可以分化成体内所有类型的细胞，而成体干细胞并非全能，但可以分化成相应器官的所有类型的细胞（如造血干细胞可以分化成造血系统所有类型的细胞），被称为‘多能干细胞’。因此，可以先将干细胞分化成特定类型的功能细胞，如心肌细胞、胰岛细胞等，再将这些细胞移植到病人体内，替代损伤组织，这就是再生医学的基本原理。” 2006年，日本京都大学教授山中伸弥等人通过转染四种转录因子将实验小鼠成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞（IPS）。这为研究者获取多能干细胞带来了更为高效便捷的方法。而另一种很有应用前景的干细胞是间充质干细胞，可从骨髓或其他组织获得，其由自身分离，没有免疫排斥的特点更适合治疗使用。 干细胞技术的进步不断打破传统医学认定的“禁区”。成人心肌细胞新生能力极其有限，丁胜团队通过对89个已知会促使细胞重新编程的小分子进行筛选，找到9种化合物的组合可把人类皮肤细胞转化为心肌细胞。他们首先让皮肤细胞进入一种类似多能干细胞的状态，多能干细胞在特定器官中可分化为多种细胞类型，并最终把这些细胞转化为心肌细胞。 不仅仅是心肌细胞，干细胞技术的快速进步，让视网膜细胞等此前被认为无法再生的细胞都显露可再生曙光。 “干细胞在再生医学领域的应用前景非常值得期待，但就当下的临床治疗而言，干细胞再造器官移植仍有待时日。”李全海表示，让有诸多可能性的干细胞精确定向分化难度极大，目前仍处于基础研究或动物模型试验阶段，尚难明确进入临床的时间表。 “不过干细胞不仅具备再生组织的功能，它还具备调节免疫、改善微环境、促进血管新生的作用。”李全海表示，他和研究人员正尝试使用干细胞疗法改善“糖尿病足”患者的病情，“一些患者疼痛减轻，行走距离变长，疗效积极。” “新材巧嫁接”：基因编辑再造器官 干细胞的精确定向分化仍是难题，不妨换个思路，把已经发育成型的异体乃至异种器官“深度加工”，按需“嫁接”如何？ 3月29日，中国科学院广州生物医药与健康研究院对外宣布，该院赖良学课题组利用精确基因编辑技术对猪胰岛素基因进行了无痕定点修饰，使猪胰岛素基因编码生产人胰岛素，成功建立了完全分泌人胰岛素的“基因编辑猪”。 “人源化胰岛素‘基因编辑猪’的首个功能，就是为糖尿病的治疗提供人胰岛素。”研究人员说，更可期待的是，“基因编辑猪”将为临床异种胰岛移植治疗提供更为理想的供体来源。 基因编辑技术，又称“基因剪刀”（CRISPR）。“这一技术已三次入围《科学》杂志年度十大突破，更在2015年底成为《科学》和《自然》杂志双双关注的年度焦点。”河北医科大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室、河北省医学生物技术重点实验室副教授孙绍光介绍，这一技术让基因编辑实现精准、简单操作，让基因编辑的“门槛”大幅降低，修改、删除细胞基因如剪刀般“利索”。“就在去年，中山大学科学家黄军首次利用基因剪刀技术成功修改人类胚胎的一个基因，阻止了这一基因突变导致的地中海贫血症。” “基因剪刀”，也成为再生医学开疆辟土的利器。 “猪源胰岛素曾经被广泛采用，利用猪胰岛进行异种移植治疗糖尿病最近也取得良好进展。但猪与人相比，胰岛素蛋白存在一个氨基酸的差异，这一差异使猪胰岛素在人体中的降血糖功效不高，而且长期使用容易诱发抗体产生。”为此，研究人员建立了猪基因组无痕定点编辑技术，利用该技术在体细胞中修改了猪胰岛素中的差异氨基酸，并通过体细胞核移植技术成功构建了人源化胰岛素克隆猪。 随后，高分辨率液相色谱串联质谱仪检测证实，从该基因修饰猪胰腺中提取的胰岛素完全为人胰岛素，而不含猪胰岛素。 “生活和医疗条件的改善，让人类的寿命得以不断延长，相对更长的生命旅程里，生病、受伤的几率也就越来越大。”许多专家表示，“基因剪刀”技术对异种或异体器官的改造，将使得皮肤、器官、骨骼等这些容易受伤受损的人体组织获得“取材方便”的“备件仓库”。 “跨界寻良方”：电子替代品整装待发 心脏支架、牙齿“种植”……许多人的体内，已经装置上了各类非生物材料打造的人造“零件”。 再生与重建探索中，非生物材料和其他电子技术，正在探索远远超过“撑起一根血管”和“补齐一颗牙齿”范围的广阔可能性。 临床经验显示，弱视最佳诊疗时间是8岁之前，一旦脑神经发育完成以后，治疗成功率将大幅降低，大约在10％以下。 “我们正利用光电新技术，让这些错过诊疗时间的患者的视神经再次进行发育，掀开弱视患者‘遮在眼前的帘’。”今年3月，中科院成都分院院长张雨东介绍，中科院光电所最新研制的技术设备已投入临床阶段，新技术可对患者的视觉神经进行精细化到细胞层次的刺激，令患者视觉神经继续发育，并进行改造，使成年弱视患者获得更有效的治疗。临床数据显示，目前该方式治疗成功率接近70％，大大提升了成人弱视患者的视力水平。 在传统医学久攻不破的瘫痪领域，电子技术近日也取得备受瞩目的突破。 4月13日，美国俄亥俄州立大学等机构研究人员在《自然》杂志上报告说，他们研制出一种植入大脑的微型芯片，第一次成功让一名四肢瘫痪者恢复多个手指和手腕的运动能力。 这名24岁的瘫痪男子伊恩·布克哈特在植入大脑芯片后，可以用手做出一些复杂动作，比如拿起并在读卡机上刷信用卡；可以抓住瓶子，把瓶子里的液体倒入罐子，并拿起棒子搅拌罐子里的液体；可以拿起手机放到耳边听电话。 对于全世界百万瘫痪者而言，这无疑是激动人心的消息。 参与研究的俄亥俄州立大学神经外科医生阿里·雷泽说：“我们第一次表明能够提高一名四肢瘫痪者的运动机能，改善他的手部动作。” 这个芯片被命名为“神经生命”，大小比豌豆还小，植入大脑的运动皮层后，其算法可学习并解码使用者的大脑活动。芯片通过电线与绕在前臂上的一个肌肉电刺激系统相连，该系统可把大脑信号转换成刺激手臂肌肉的信号。 研究人员查德·布顿介绍说，过去10年里，科学界已学会如何破解瘫痪者的大脑信号，而现在这种大脑活动被第一次转换成动作，显示出大脑信号可绕过受伤的脊髓通过电子“神经旁路”直接传到手臂处控制其活动。 研究人员计划将在更多瘫痪人士身上试验这种装置，他们还计划让系统实现无线接入，让患者在家中方便使用。 类似网络或无线网络的传递方式，替代了原本被认为“无可替代”的神经系统。这也拓宽了再生与重建的梦想疆域：还有哪些可能性，我们还未曾洞见？ |
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