为人类实现再生的梦想

科学世界 · 公众号 · 科学 · 2020-12-25 17:51

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让受损肢体再生是人类永恒的梦想。自然界中许多生物具有很强的再生能力，但是对人类而言，这种修复能力十分有限，当组织、器官损伤后只能通过补充外源性移植物实现修复。我国人口众多，由疾病、创伤和衰老等原因造成的组织器官缺损、衰竭或功能障碍的病例也位居世界之首。而且随着老龄化日益加剧，根据国家卫健委数据，我国60岁以上人口已达2.2亿，糖尿病以及心脑血管病、阿尔茨海默病、帕金森病、慢性关节炎等退行性疾病严重影响着人们的健康。以药物和外科手术为基本支柱的经典医学治疗手段，已无法满足临床上的巨大需求。

能否像拼积木那样通过细胞组装出器官？

近20年来，科技的发展给人们的生活带来了前所未有的变革，再生医学尤其是干细胞研究取得了许多突破性进展，以干细胞技术为核心的再生医学有望成为继传统的化学药物和手术治疗之后的第三种疾病治疗手段，为退行性疾病和组织缺损性疾病等许多难治愈疾病的治疗带来了新的希望。

多能干细胞，如人胚胎干细胞（human Embryonic Stem Cells，hESCs）和诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells，iPSCs），在体外可以无限增殖，而且在特定条件下能分化为机体几乎所有的细胞类型，为重造人类组织和器官提供了可能。因此，可以先将多能干细胞定向分化成特定类型的功能细胞（如神经细胞、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的组织，这也是再生医学的基本原理。2018年正值hESCs诞生20周年，在近20年基础研究成果的支撑下，已有部分类型的分化细胞应用于再生医学领域中。正如2017年Nature刊登的一篇报道中说的那样：“经过20年的希望、承诺和争议，人胚胎干细胞正在重塑生物学观念，并开始进入临床。”

将iPS细胞诱导为可以搏动的心肌细胞

尽管在众多研究当中只有少量成果脱颖而出，但是干细胞治疗的前景一直被人们看好。2010年，美国Geron公司开启了全球首例基于hESCs的临床试验。此后，已经有十多个临床试验用hESCs衍生物来治疗黄斑变性、心脏病、糖尿病和神经类疾病。2014年，国际上首例iPSCs分化细胞的临床试验在日本开展，试验证明iPSCs分化的视网膜色素上皮（RPE）细胞治疗黄斑变性是安全的。

近年来，我国将干细胞与再生医学研究确立为重要战略部署领域。“十二五”期间，通过多种研究计划和专项的布局和投入，我国干细胞领域在基础研究和转化应用方面取得了众多有国际影响力的重大成果。“十三五”期间，我国对干细胞与转化研究的规划与支持进一步加强，在《“十三五”生物产业发展规划》等规划中，都对干细胞与再生医学作了重点布局。原国家卫生计生委与食品药品监管总局共同颁布了相关试行管理办法，进一步强化干细胞临床研究管理。2017年初，我国正式通过了首批8个干细胞临床研究的国家备案，开启了国内首例基于hESCs的干细胞治疗帕金森病和视网膜黄斑变性的临床研究。在临床应用之前，干细胞制品必须经过充分、严格的安全性和有效性验证，只有通过了动物水平的验证，才可以进一步推广。迄今为止，在已报道的临床前和临床试验中，胚胎干细胞分化细胞的安全性得到了很好的控制，尚未观察到由这类细胞导致的不良事件。

3D打印的生物管状组织

科技的脚步永不停止，我们不应满足于器官的修补，而应该有更宏远的目标。以3D打印技术和干细胞技术为基础的器官体外重建与再造，是当今生命科学与健康领域新的科学前沿和技术制高点，涉及材料学、发育学、生物力学及临床医学等众多交叉领域。未来我们可以通过组织工程的方法，用干细胞在体外再造组织器官之后再移植到病人的受损部位，以期从根本上解决器官的来源问题。

作者简介

周琪：中国科学院副院长，中国科学院干细胞与再生医学创新研究院理事长，中国科学院院士，发展中国家科学院（TWAS）院士。主要从事生殖、发育、干细胞和再生医学等研究与转化工作。研究成果多次入选年度中国科技十大进展。获得国家自然科学奖二等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖等多项奖励。

本文发表于《科学世界》2018年第7期

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