金桥会议|重获新生?且看多功能干细胞的研究与前景

干细胞，像树干一样的细胞，其中文命名很好地体现了干细胞的多向分化特性。从当前的新材料时代、塑料硅和纳米材料时代，到后来的干细胞生物时代， 对干细胞及其衍生品的需求，遍及基础研究、组织工程、毒性测试和药物筛选等各个领域。其中最主要的，就是用于再生医学，替换已经破损或患有疾病的器官。接下来，还将用于临床检测、电子生物3D打印，以及未来的食物生产等。

如何修复人体器官和组织，怎么让老去的组织重焕新生，是人类永恒的话题。干细胞研究的目的就是为了解决其中的根本原理，将未来变成现实，造福人类。多功能干细胞以其源源不断的来源和多向分化能力，及易于操作，成为上海海席勒研究所致力于开展的研究主题。

二十年前，在德国科隆大学神经生理研究所，我们就用胚胎干细胞分化出了有着明显的自发性活动特性的其他各类细胞，包括表皮细胞、肌肉细胞、血液细胞、新细胞、干细胞，神经元细胞等。其中，心肌细胞成为此后的研究重点。现在，无需人体胚胎，只需一个简单的手术取得人体皮肤，培养皮肤细胞筛选出其中的成纤维细胞，再通过诱导和重编程就能得到多功能干细胞。此类诱导性多功能干细胞，同样能分化成心肌细胞，以及中胚层、内胚层、外胚层，所有其他各类细胞，用于基础和应用研究。相对于以往，现在操作流程不断优化、不断进步，效率越来越提高。未来，我们在上海有一个很重要的任务，就是利用生物反应器，即生物工程设备，大规模生产高纯度心肌细胞。

图1 干细胞分化得来的各类其他细胞

多功能干细胞还可以整合到更多的应用研究中去。例如，把由多功能干细胞分化得来的各类细胞整合到一个芯片上，模拟人体各器官的功能联系，在芯片上完成人体新陈代谢等一系列生理过程的模拟；将不同的遗传基因融合到分化产生的细胞当中，用于药物的筛选及扫描工作。前面讲到心肌细胞模型，进行细胞的电生理和心肌张力等生理特性测试，主要意义还是用于药物筛选，用药物的不同梯度浓度进行海量测试，观察细胞的损伤情况。

发展至今，医学可说是经历了4代。 1.0的巫医巫术时代，2.0的经验医学时代， 3.0的临床实验时代，到目前的医学4.0时代，提出了精准医学、个性化医学概念，基于基因组进行治疗。 利用上海科学院国家人类基因组南方研究中心在基因测序上的优势，我们可以做到更好的精准医疗研究。终极目标就是将干细胞分化得来的功能细胞移植到坏死的器官当中进行治疗，比如针对心衰的心肌细胞移植，针对帕金森的神经元细胞和神经元基质细胞移植，或是针对糖尿病进行的胰腺细胞移植等。目前，干细胞研究主要专注于器官的组织替换或重建修复。虽然全身性疾病并非目前的研究重点，但在未来应该可以通过调控、替换或注射治疗等干细胞的方法解决。

此外， 建立iPS干细胞库，也将成为日后的工作重点。其意义在于：①在年轻时，提取自体干细胞进行储存；②针对遗传性疾病，建立病人的干细胞库；③针对不同的遗传背景，建立不同人种的干细胞库。 目前，科隆大学神经生理研究所的沙里奇博士正在试图基于个体不同的基因组背景，比如来自西藏高原地区的人与平原地区的人遗传背景是不一样的，基因测序存在很大的差异，用他们的细胞制作不同的iPS，未来会有很大的研究和应用潜力。而由携带有遗传性疾病的iPS分化得来的具有典型特征的功能细胞，对于基因鉴别和药物筛选等研究，都有着无可比拟的优势。同时，干细胞的运输、冷藏，也存在很多问题，我们仍在不断积累经验。

2015年11月，我们与上海产业技术研究院合作，成立了上海海席勒研究所。 不到两年时间，有了自己的团队，做出了心肌分化的优秀成果。在此研究领域，我们还建立了很多国际合作，如科隆干细胞研究所，未来在巴基斯坦和喀麦隆的实验合作，都有着大量的细胞需求。以及欧盟建立的诱导性多能干细胞库（EBiSC），也在探讨与中国建立合作的可能。我们希望能通过国际合作建立一个更好的未来，满足国际市场用于各方面研究、药物和毒性测试以及进行临床转化的细胞需求。 跟据英国干细胞研究杂志的估计，未来的市场规模或将达到1万亿欧元。

图2 英国干细胞研究杂志对未来的市场估计

责任编辑：雷蓉，本文根据Juergen Hescheler教授在7月19日上海科学院举办的第21次金桥产业技术创新会议上的讲话整理。

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