幹細胞醫療 起死回生

成熟的體細胞經過重新設定, 可能獲得類似胚胎幹細胞的潛能。 這種幹細胞廣泛應用在研究與醫療上, 而不會引起倫理與政治爭議。

撰文/奧契德林格(Konrad Hochedlinger)
翻譯/林雅玲

重點提要
■誘導多能性幹細胞(iPS細胞)是改變身分的成熟體細胞,它們無需卵細胞或者胚胎的幫助,就能回復成類似胚胎幹細胞的狀態。
■將正常體細胞轉形為iPS幹細胞,接著轉化成人類220種細胞之一,有可能成為治療疾病的新方法,也可能用來訂做並取代損壞的組織。
■科學家現在正試圖了解iPS幹細胞如何逆轉生物時鐘,以及這種細胞是否如同胚胎細胞一樣多能。

我還記得2006年冬天的那一個早晨,那時我用實驗室的顯微鏡觀察細胞,突然發現有一團細胞看起來就像胚胎幹細胞一樣,當時的興奮我現在還記得。這些細胞在培養皿裡分裂繁殖將近三個星期,形成一個小小的群落,還閃耀著科學家用來辨識胚胎幹細胞「多能性」(pluripotency)的螢光訊號(多能性指的是能夠成為身體任何組織的能力)。但是我當時觀察的細胞並不是來自胚胎,它們是一般的成年小鼠細胞,只是因為加入了幾個基因,因而返老還童。


讓任何哺乳動物細胞的內在時鐘逆轉,回到胚胎階段,真的如此簡單嗎?當時我並不是唯一懷疑的人。日本京都大學的山中伸彌(Shinya Yamanaka)與同事剛在2006年8月發表一個重大突破的研究,提出利用小鼠皮膚細胞製造他們稱之為「誘導多能性幹細胞」(簡稱iPS細胞)的方法。多年來,研究人員一直努力了解調控胚胎幹細胞生成特定組織的方式,因為這具有巨大的潛能,可供醫學與研究使用,卻引發使用胚胎細胞在政治與道德上的爭議,還得面對先前「人類胚胎幹細胞造假風波」帶來的科學挫敗與幻滅。因此一開始,研究幹細胞的科學家對日本團隊的成果感到驚訝,也有點懷疑。但是就在那個早晨,我在實驗室裡觀察到第一手的結果,也驗證了山中伸彌的方法。


其他科學家也重現了山中伸彌的成果,過去幾年來,製造與測試iPS細胞的技術進展快速。現今全世界有數千名科學家正在開發iPS細胞的潛力,希望有助於了解並治療目前人類束手無策的疾病,例如第一型糖尿病、阿茲海默症和帕金森氏症。單純將幾個特定的基因送進細胞,就會改變細胞特性的可能性,也改變了科學家思考人類發育的方式。


有史以來,人類一直夢想找到躲避衰老與疾病的「青春之泉」,而讓成年體細胞回到胚胎階段的能力,顯然是最接近幻想成真的時刻。當然,這些技術仍在發展階段,在回答iPS細胞是否將會改變醫學,或證實它們與備受爭議的胚胎幹細胞能力相當之前,得先考量很多重要的問題。


原始的細胞、多變的力量

想要了解iPS細胞激起的希望,必須先認識胚胎的特別之處。目前的iPS細胞研究非常依賴30年來胚胎細胞研究發展出的技術與概念,尤其是多能性的現象。哺乳動物的發育通常像單行道一樣,細胞隨著時間會變得越來越特別,功能也越來越窄,這個過程就是「分化」。只有在胚胎發育非常早期的一小段時間裡,胚胎裡的所有細胞才具備成為人體220種細胞的能力。將這些細胞取出並培養增殖,就可以得到胚胎幹細胞。真正的胚胎幹細胞會持續保有製造任何類型組織的能力,因此定義為「多能性」。


在胚胎發育後期,幹細胞就已經特化,只能成為特定幾種類型的細胞(例如存在肌肉和骨骼內的細胞),這些細胞具有的是「多效性」(multipotent),而不再是多能性。成體中,這些僅存的前驅細胞(成人幹細胞)則負責補充組織裡的成熟細胞。舉例來說,血液幹細胞持續製造12種不同的血球與免疫細胞,而每隔幾個星期,人類的皮膚幹細胞會重新製造皮膚與毛髮。


對哺乳動物而言,在正常情況下並不會發生細胞的「去分化」(也就是回到較原始的型態)。事實上,癌細胞是唯一的例外,它們分化的程度會比其來源的組織低。不幸的是有些癌細胞也能持續分裂,展現出類似多能性細胞的不死特性。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2010年第100期6月號】


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