■本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 趙廣立
干細(xì)胞不同于機(jī)體其他細(xì)胞之處在于，其具有自我更新,、高度增殖,、多向分化的能力。胚胎干細(xì)胞更是具備分化成人體200多種細(xì)胞的“全能性”,。它的這種多向分化能力,，以及其在再生醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用潛力，使人們?cè)俅慰吹搅藢?shí)現(xiàn)組織再生,、器官修復(fù)甚至人造器官的曙光,。
維克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)中心研究人員利用人體細(xì)胞培育出再生人耳。 圖片來(lái)源：谷歌圖片
兩年來(lái),，罹患慢性腎功能衰竭的小黃在上海長(zhǎng)征醫(yī)院唯一能做的事情就是,，一邊做血液透析一邊等待腎源。
他的父親黃老先生早就想捐一個(gè)腎給兒子,。然而就在準(zhǔn)備腎臟移植時(shí),，血型匹配結(jié)果令他們始料未及：父親與他的血型不合，無(wú)法實(shí)現(xiàn)器官移植,。
黃老先生辭世時(shí),，家人作出捐獻(xiàn)兩個(gè)腎臟和一個(gè)肝臟的決定，用以救治需要的病人,。而小黃面臨的,，仍然是一個(gè)難捱的、近似無(wú)期限的等待,。
器官急缺呼喚人造奇跡
人類(lèi)從未像今天一樣如此需要外源器官,，世界各國(guó)都在臨床上面臨著前所未有的器官緊缺。
據(jù)統(tǒng)計(jì),，在美國(guó),，每年有數(shù)百萬(wàn)患者患有各種組織、器官的功能喪失或功能障礙癥,，因而需要進(jìn)行800萬(wàn)次手術(shù),，年耗資400億美元。我國(guó)器官移植的供需矛盾也極為突出,，目前全國(guó)有約150萬(wàn)名尿毒癥患者,，而每年卻只能做3000例左右腎臟移植手術(shù)。另外,，有400萬(wàn)名白血病患者在等待骨髓移植,。
而今,，干細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展和突破、3D打印技術(shù)的演進(jìn),，讓等待器官的人們看到了新的希望,。可是,，科學(xué)家們知道,，要制造出與人體一致、有序,、能夠行使正常功能的器官將是一項(xiàng)浩大的工程,。
不過(guò)人們依然樂(lè)觀?！翱茖W(xué)的發(fā)展歷史在一定意義上講也是一個(gè)將各種不可能變成可能的過(guò)程,。”計(jì)劃生育生殖生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室干細(xì)胞與免疫學(xué)研究組組長(zhǎng),、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員趙同標(biāo)在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō),，盡管目前國(guó)際上關(guān)于干細(xì)胞向具有功能性的器官的分化的研究還處于雛形，但亦有充滿希望的研究進(jìn)展,。
“比如,，在體外從多能干細(xì)胞分化成具有簡(jiǎn)單功能的腸與肝等的研究，就是具有代表性的成果,?！壁w同標(biāo)告訴記者,。
而對(duì)于涌現(xiàn)出的3D打印技術(shù)在人造器官中的不斷探索與實(shí)踐,，國(guó)家干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心主任、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院教授韓忠朝在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“盡管這些創(chuàng)新實(shí)踐距離形成最終應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走,，但‘萬(wàn)事開(kāi)頭難’,，我相信通過(guò)不斷實(shí)踐和完善，最終都會(huì)達(dá)到能夠應(yīng)用的要求,，也許很慢,，也許很快?！?
受訪專(zhuān)家均表示,，解決器官緊缺問(wèn)題是世界難題，許多科學(xué)家在為之努力,、協(xié)作,、實(shí)踐。盡管目前看來(lái)人造器官路途漫漫,，但它仍然是一個(gè)值得期待的再生醫(yī)學(xué)奇跡,。
組織工程：年輕有活力
干細(xì)胞研究是繼人類(lèi)基因組大規(guī)模測(cè)序之后最具活力,、最有影響和最有應(yīng)用前景的生命科學(xué)領(lǐng)域。自1999年干細(xì)胞研究被美國(guó)《科學(xué)》（Science）雜志評(píng)為年度世界十大科技成果之冠后,，干細(xì)胞技術(shù)研究備受關(guān)注,，多次上榜21世紀(jì)“值得關(guān)注的科技領(lǐng)域”。
“干細(xì)胞技術(shù)是相對(duì)年輕的研究領(lǐng)域,，近年來(lái)各項(xiàng)技術(shù)（如重編程等）的確取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,。”趙同標(biāo)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者,，組織工程就是以干細(xì)胞研究為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的研究熱點(diǎn),，它有望解決臨床上急需的人工組織與器官問(wèn)題，進(jìn)展極為迅速,，已經(jīng)成為干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向,。
著名干細(xì)胞研究學(xué)者羅伯特·蘭薩指出：“干細(xì)胞的巨大潛力最終將被推上檢驗(yàn)臺(tái)?！睋?jù)美國(guó)《華盛頓郵報(bào)》報(bào)道,，2011年7月15日，經(jīng)美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn),，美國(guó)進(jìn)行了首例以人類(lèi)胚胎干細(xì)胞醫(yī)治漸進(jìn)式失明患者的手術(shù),，這被認(rèn)為是干細(xì)胞領(lǐng)域的重要里程碑。
2012年6月14日,，日本再生科學(xué)綜合研究中心教授笹井芳樹(shù)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用小鼠的胚胎干細(xì)胞,，成功地在試管中培養(yǎng)出了被稱(chēng)為“視杯”的視網(wǎng)膜組織。
“視杯”是胚胎發(fā)育初期形成的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),，研究人員將“視杯”再持續(xù)培養(yǎng)兩周后,，形成了接近新生小鼠視網(wǎng)膜的組織。視網(wǎng)膜含有多種細(xì)胞的復(fù)雜構(gòu)造,，在以往的胚胎干細(xì)胞培育技術(shù)中,，從未培育出如此復(fù)雜的組織。
“從多能干細(xì)胞向特定器官分化無(wú)疑是特別重要而且最具有挑戰(zhàn)性的課題,，是干細(xì)胞培育人組織器官路上最重要的一環(huán),。”趙同標(biāo)告訴記者,，要應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)尚需進(jìn)一步研究,，“干細(xì)胞培育人組織器官的道路上還有很多困難有待克服?！?
3D打印人體器官：一個(gè)浩大的工程
3D打印技術(shù)被引入生物工程技術(shù)領(lǐng)域以來(lái),，人們逐漸意識(shí)到，利用干細(xì)胞技術(shù)培育人體器官的夢(mèng)想，在技術(shù)上有了更高明的手段,。
英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》近日?qǐng)?bào)道,，維也納分子生物技術(shù)研究所模擬子宮環(huán)境，通過(guò)人體干細(xì)胞培育出了一個(gè)直徑僅4毫米的微型大腦,。這個(gè)微型大腦由數(shù)層大腦細(xì)胞排列而成,，因此它并非成熟完整的腦部，其發(fā)育程度僅相當(dāng)于胚胎形成初期,。
科學(xué)家稱(chēng),，他們目前暫時(shí)不會(huì)再讓這個(gè)微型大腦繼續(xù)“長(zhǎng)大”，因?yàn)樵俅蟮脑?，營(yíng)養(yǎng)成分和氧氣就無(wú)法完全進(jìn)入其內(nèi)部,，那時(shí)就需要類(lèi)似血管的養(yǎng)分運(yùn)輸通道，而這樣操作的難度就太大了,。因此,，這個(gè)微型大腦恐怕無(wú)法發(fā)育成一個(gè)完整的大腦、具備更加復(fù)雜的功能,。
但科學(xué)家們依然對(duì)該成果大加贊揚(yáng),，認(rèn)為其能大大有助于目前的神經(jīng)學(xué)科研究和藥物研究。
韓忠朝告訴記者,，3D打印技術(shù)應(yīng)用于組織器官工程,，需要滿足種子細(xì)胞（干細(xì)胞）、可消化材料,、適宜培養(yǎng)條件三個(gè)基本要素,。
“要考慮的首要問(wèn)題是，要有合適的干細(xì)胞,。這個(gè)干細(xì)胞來(lái)源何處,，是最好用病人自己的干細(xì)胞，或是別處,，要解決干細(xì)胞來(lái)源的問(wèn)題,，即有很強(qiáng)分化能力的干細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題,?！表n忠朝說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)條件下,，人們已經(jīng)可以利用干細(xì)胞分化出一些簡(jiǎn)單組織,，如軟骨、血管和皮膚等,。
類(lèi)似DIY,，3D打印需要原材料。“3D打印人體器官就是把原材料（如細(xì)胞）與培養(yǎng)基混合在一起,，在一定培養(yǎng)條件下這些細(xì)胞就沿著設(shè)定好的‘軌道’,，塑造一個(gè)組織或者器官?！表n忠朝說(shuō),，隨著生物材料的進(jìn)步，這一條件可滿足的可能性越來(lái)越大,。
他表示,，隨著人們對(duì)培養(yǎng)干細(xì)胞分化的體外繁殖條件了解得越來(lái)越透，更增進(jìn)了打印器官的可能性,。
然而,，韓忠朝指出，組織器官不是簡(jiǎn)單的“產(chǎn)品”,，它需要復(fù)雜的調(diào)控,。“比如人工造一個(gè)腎臟或者心臟,，通過(guò)手術(shù)安裝到人體后,，神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)控功能能否與之相適應(yīng),，如何協(xié)調(diào)與人身體的調(diào)控,，這方面可能需要進(jìn)一步研究?！?
“最關(guān)鍵的是,，能夠在體外從多能干細(xì)胞分化出具有正常功能的復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的器官?！壁w同標(biāo)指出,，器官是由各種功能性細(xì)胞和組織組成的，但就多能干細(xì)胞向特定功能細(xì)胞類(lèi)型的分化本身還有很長(zhǎng)的路要走,。
“分化效率低是最大的瓶頸,。”趙同標(biāo)補(bǔ)充說(shuō),，“輪廓與外形的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單得多,，而要這個(gè)打印出來(lái)的器官具有人體正常器官的功能還是一個(gè)遙遠(yuǎn)的征程?！?
“可以想象,，將眾多類(lèi)型的、復(fù)雜的,、具有特定功能的細(xì)胞組織群體,，組合成一個(gè)同我們?nèi)梭w一致的,、有序的、行使正常功能的三維器官是一個(gè)多么浩大的工程,?！壁w同標(biāo)感嘆道。
首要是確保安全
韓忠朝表示,，即使科學(xué)家在體外培育出完整的人造器官,，距離臨床移植到人體內(nèi)還需要跨過(guò)安全關(guān)。
“臨床上首先要確保安全,，不允許有危險(xiǎn),。種子細(xì)胞從來(lái)源上首先要過(guò)安全關(guān)，之后才考慮它是否可用,?！表n忠朝指出，“無(wú)論采用胚胎干細(xì)胞還是iPS誘導(dǎo)多能干細(xì)胞,，安全性是更主要的問(wèn)題,，確保安全才能用到組織器官的培育中去?！?
國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威雜志《科學(xué)》8月9日刊登了北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授鄧宏魁研究團(tuán)隊(duì)在生命科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性的研究成果——用小分子化合物誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程為多潛能干細(xì)胞,。該成果被認(rèn)為“開(kāi)辟了一條全新的實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞重編程的途徑”，給未來(lái)應(yīng)用再生醫(yī)學(xué)治療重大疾病帶來(lái)了新的可能,。
在這項(xiàng)研究中,，鄧宏魁團(tuán)隊(duì)僅使用四個(gè)小分子化合物的組合對(duì)體細(xì)胞進(jìn)行處理就可以成功地逆轉(zhuǎn)其“發(fā)育時(shí)鐘”，實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞的“重編程”,。這項(xiàng)成果提供了更加簡(jiǎn)單和安全有效的方式來(lái)重新賦予成體細(xì)胞 “多潛能性”,，是體細(xì)胞重編程技術(shù)的一個(gè)飛躍，為未來(lái)細(xì)胞治療及人造器官提供了理想的細(xì)胞來(lái)源,。
“在技術(shù)層面上是一個(gè)飛躍,，是領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)家從2006年iPS誕生的那一天起就想解決的問(wèn)題?！壁w同標(biāo)如此評(píng)價(jià)鄧宏魁團(tuán)隊(duì)的成果,。
他認(rèn)為，從技術(shù)上來(lái)講,，這種方法避免了復(fù)雜的基因操作及由此引起的基因組不穩(wěn)定的顧慮,。
韓忠朝對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說(shuō)：“鄧宏魁團(tuán)隊(duì)的研究成果表明，可以不用轉(zhuǎn)基因的技術(shù),，把人體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞,。這為將來(lái)組織工程分化建立了一定的基礎(chǔ),?！彼掍h一轉(zhuǎn)，“但是這種誘導(dǎo)產(chǎn)生的多能干細(xì)胞，它的分化,、增殖功能,，會(huì)否形成其他瘤的安全性問(wèn)題，還沒(méi)有解決,，機(jī)理還沒(méi)有研究清楚,。”
“胚胎干細(xì)胞這樣的種子細(xì)胞都有可能長(zhǎng)成腫瘤,，所以要解決一個(gè)安全性的問(wèn)題,。”韓忠朝表示,。
