若在鼠体上进行的最新干细胞技术也能在人体上获得成功,将有可能无需克隆、捐献卵子或损毁胚胎而获得所有组织类型的个性化来源,从而平息困扰该领域多年的伦理纷争——
提取胚胎干细胞的过程
日本京都大学2位研究人员福田正之和高桥和利采用把鼠皮肤细胞与在胚胎细胞而非成年细胞中发现的4种信使化学物质融合的方法,已从鼠皮肤细胞中有效地获得了胚胎干细胞。研究人员还从鼠胚胎分化后的细胞中获得了胚胎干细胞。不过,比这项研究成果意义更大的是,克服了与胚胎有关的伦理障碍。
伦理道德上无懈可击的个性化治疗是干细胞研究梦寐以求的目标;而以这种方式生成的替代组织可望使器官短缺的问题一举获得解决。由于替代组织和受体在遗传学上完全相同,患者有可能终生免除服用阻止捐献器官受到排异的免疫抑制药物。
为了转化皮肤细胞,京都大学上述2位研究人员首先追踪了鼠胚胎干细胞而非成年细胞中的具有高度活性的24个基因。然后他们把这些基因组合通过病毒运载植入皮肤细胞,发现某些皮肤细胞显示已被转变为胚胎干细胞。研究人员确认,称为Oct3/4,Sox2,c-Myc和kif4的4种基因在这种转变过程中起重要作用。
由这4种基因生成的化学因子可逆转皮肤细胞发育的生物钟,由此产生的胚胎干细胞被称为诱导多能细胞(IPCS)——把它们移植到没有免疫系统的实验鼠体内,这些细胞可以转变成鼠体内所有的组织。
一个大问题是这4种化学因子是否能在人体成年细胞内也发挥同样的作用。英国伦敦大学医学院的克里斯·马森(ChrisMason)说:“若这项技术在人体内也能成功,那就很理想了。因为用这种方法相应可增加生成适当数量的细胞用于实际治疗可能较为简便易行。”
福田正之说:“人类胚胎干细胞可以用于治疗多种疾病,诸如帕金森氏症、脊椎损伤和糖尿病等。我们的发现在控制细胞多能特性方面迈出了重要一步,最终使用患者成年细胞直接生成多能细胞将成为可能。”
利用病毒运载基因进入患者细胞是另一个关键问题:当病毒被移植返回患者的那些细胞内时是否安全呢?此外,c-Myc基因的产物与癌症演变有联系,为此福田正之警告说,移植后的细胞存在可能失控而生成癌症的风险。然而总的说来,干细胞研究者们还是对其上述发现作出了积极回应。“多莉”羊缔造者英国爱丁堡大学遗传学家伊恩·维尔穆特(Ian Wilmut)指出:“这项技术为从患者那里生成胚胎干细胞用于研究或者治疗遗传疾病开拓了全新的机遇。”
英国剑桥戈登研究所所长约翰·戈登(John Gurdon)说:“如果这项技术的确有效,它将在科研与医疗上具有卓越非凡和无限广阔的用途。我确信将会有许多实验室会设法重复和改进这项技术。”
戈登研究所的一项研究计划是发现卵子中的化学因子如何使成年细胞倒退到胚胎状态的奥密所在。“多莉”羊就是这种奥密的产物,它是通过把一个成年绵羊细胞核与一个除去了染色体的卵细胞溶合而产生的。
采取同样方法去造成人类胚胎干细胞,目前还存在争议。构想是通过一个病人的细胞核与一个除去了自身染色体的人类卵细胞溶合,生成一个“临时”胚胎。这个胚胎生长几天后,应能生长出胚胎干细胞系———尽管目前还没有人取得这项成果。反对派人士称,这种利用体外受孕生成的“备用”胚胎的做法是不道德的,因为它摧毁了一个人类胚胎。
戈登说,在《细胞》杂志的论文中所采用的2种化学因子(由Oct3/4和Sox2基因所生成)作为多能干细胞表面的独特“标记”已广为人知,因此这些化学物质的生成会使成年细胞倒退回多能状态是有意义的。“它们(指上述2种化学因子)具有多能特征并可自我诱导产生多能特性。”
戈登还指出,尽管皮肤细胞的实验中只有极微量(不足0.1%)的皮肤细胞变成了多能细胞,他认为这无关紧要,只要它在为数不多的皮肤细胞中产生作用就行。而且它无需卵或胚胎———这真使人觉得好得令人难以置信。
福田正之说他们现在已经可以演示信使化学物质生成胚胎干细胞的原理,通过适当改变(巧妙配制化学处方)化学方法就可改进这项技术。
另一个困惑是为何注入诱导多能细胞并将其植入子宫后的鼠胚胎都在出生前死亡了。解剖分析显示许多死胎是嵌合体,由其自身的组织和多能细胞产生的组织合成。对此,维尔穆特指出:“虽然没有一个胚胎发育成熟到分娩期,但这可能与多种因素有关。这些因素包括分泌特殊因子以生成多能细胞的病毒载体的连续表达。”结果并非所有细胞适时成熟以生成不同类型的组织,而是一直作为干细胞继续生长。
人类胚胎干细胞能分化成人体的绝大多数细胞类群,诸如神经细胞、心肌、骨骼肌、内皮细胞、胃肠组织、肝细胞、β-胰岛细胞、骨、软骨、造血细胞等
希望传来更加令人鼓舞的生成人体组织的消息;经过基因工程改造的细胞能在胚胎中成功地生成多种组织和器官,包括神经、肌肉、软骨、心脏、肝脏、脊椎和性腺等。
干细胞专家明格尔(Minger)说:“重要的是你是否能够用人体细胞实现这种希望。我想不可能。我估计许多人都认为这项工作要复杂得多,这类细胞是否稳定、安全并且具有胚胎干细胞充分分化的潜力,还有待观察。”
不过,尽管近期有多个明确的案例说明有前途的胚胎干细胞研究还未能征服伦理道德方面的所有指责,但人们并没有气馁。戈登说:“我依然坚信这项技术能够在人体上成功。”但他提醒这需要时间。体外受精最初只成功在动物身上,但几年以后第一例试管婴儿就诞生了。
日本京都大学研究人员福田正之说:“我们目前正在尝试人体细胞实验,不过我们不知道答案如何。我们也不知何时能找到答案。”