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iPS方程式恐改写,四种诱导基因可替换


iPS方程式恐改写,四种诱导基因可替换

近日再生医学方面又有许多突破性的进展。组织培养方面,科学家首度成功培养出骨骼组织与血管组织,下一步要验证在人体内的可行性。而2012年诺贝尔奖得主山中伸弥的iPS细胞原理受到挑战,因为连最基础的Oct4基因都可以被换掉,甚至也有团队成功使用纯化学手段诱导出干细胞,不必使用基因诱导这种比较危险的做法。

体外培养出骨骼组织

西班牙格拉纳达大学一群科学家日前宣布,已经有效从脐带血干细胞的分化功能中,在「活性碳布」(Activated carbon cloth)上指定培养出骨骼组织。虽然他们培养的骨骼组织只是在实验室内这种「体外」环境,还不能验证其植入体内后的真正效用,但对于再生医学目前还做不到成功複製较複杂器官来说,又向前进了一步。

iPS方程式恐改写,四种诱导基因可替换
在活性碳布上指定培养出如开板图显示的那种骨骼组织。(Photo Credit: University of Granada)

在我们之前「新科学怪人:再生医学如何生出一颗心脏」报导中,曾介绍过目前再生医学在一些构造较简单的中空器官方面有较好的成绩,其他一些较複杂的器官还没有明显的成果,这项研究的科学家也强调目前生医材料市场与文献上,并没有跟他们研究成果类似的记载。接下来他们将进行动物实验,看看这些骨骼组织在体内生长的情形,如果成功,对于未来各项与骨骼有关的内外伤及人工关节等方面,都是个新的希望。

老鼠脑部长出人类血管组织

另一项跟再生医学有关的成就是,科学家终于在老鼠的脑部里成功培养出人类血管组织,不但发挥作用,目前已存活了近九个月。

iPS方程式恐改写,四种诱导基因可替换
(Photo Credit: PNAS)

这项刊登在美国国家科学院(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)院刊的研究报告指出,过往类似的实验都不成功,生长在老鼠脑部的人类血管不是不耐用就是活不久。但是由美国麻塞诸塞州总医院医师Rakesh Jain领导的团队,利用类似的方法,从iPS细胞中先创造血管前驱细胞,再植入老鼠脑部,在两星期内就长出了血管组织,并持续运作了280天。另外他们也有植入到皮肤,但花了五倍的时间长出细胞,且活不久。

这项研究对于未来心脏疾病与糖尿病等的治疗将有相当帮助。Jain表示他们的方法更有效率,但要从iPS中培养出真正能用的组织,还有长路要走。

iPS四种基础基因可以替换

获得2012诺贝尔奖的日本京都大学教授山中伸弥的iPS细胞对再生医学的影响深远,因为仅仅只是採取一点人类的体细胞,加入四个基因便可转化为具有分化功能的干细胞,就可以不用再考虑有道德争议的胚胎干细胞了。不过位于美国南加州的沙克中心(Salk Institute,是的,就是发明小儿痲痺注射疫苗的沙克博士创立的)研究员Juan Carlos Izpisua Belmonte领导的团队,首次成功地置换了山中团队四个基因中的一个,进而让iPS细胞有了超出原先想像更为广大的应用。

Izpisua Belmonte的团队发现干细胞样态并非固定不变,分化成不同体细胞的「多能性」,并不是一种单独的细胞在作用,而是各种相对的分化作用彼此平衡的结果。进一步说,过去的研究者一直将焦点放在要把细胞模拟成胚胎干细胞的状态,才能产生多能性,但其实不需要到那种程度。他们继而发现山中的四种基因其实并不是多能性过程中一定需要的,重点是改变平衡的状态,就能诱导干细胞变成特定的体细胞。

他们发现另外有七种基因也有利于iPS细胞的功能,甚至在小鼠身上的实验中把山中团队四个基因之一的Oct4换掉也没问题,虽然在人体上并没有成功。他们也置换过另一个原先也被认为是基础并不能更换的SOX2,这代表我们对于干细胞有重新认识的必要。

iPS方程式恐改写,四种诱导基因可替换
(Photo Credit: Salk Institute)

单纯化学手段也可以产生干细胞

四种基础基因有两种可以替换,不知山中伸弥教授会怎幺想,不过接下来的研究似乎更夸张:不需要用任何基因去诱导,单纯化学手段就可以了。「科学」期刊网站刊登了一项北京大学生命科学院邓宏魁教授等人领导的研究,利用七种小分子化合物成功在老鼠胚胎中培养出具有分化成主要器官功能像心、肝、脑、皮肤与肌肉的干细胞。

过往的研究虽然也曾使用小分子化合物诱导干细胞,但最少也需要Oct4这个基因的协助才能成功,但使用基因的过程其实会有造成基因变异甚至生成肿瘤的可能性。邓宏魁团队经历了一年的时间,从一万种小分子化合物中寻找不用基因、单纯用化学手段诱导出干细胞的方法。他们最后混合七种小分子化合物,成功诱导出干细胞,他们称之为CiPS,虽然与一般的方法相比,数量只有0.2%。

邓宏魁表示,实验在人体上还未成功,有可能是因为还缺少其他的小分子化合物。

以上几个研究结果都可以说是有个初步但令人惊喜的结果,虽然他们都还没有真正在人体上验证其可行性,希望不久的未来就能有突破性的进展。

(Opening Photo Credit: University of Granada)

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