幹細胞與再生醫學

近年來,隨著幹細胞培養技術和生物材料科學的發展,再生醫學成為國際生物學和醫學界備受關注的研究領域,成為繼藥物治療、手術治療之後的第三種疾病治療途徑。

目前,幹細胞與再生醫學正處於重大科學技術革命性突破的前夜。《科學》雜誌高級主編Davenport先生曾說,21世紀的再生醫學研究與20世紀抗生素的發明具有同等重要的意義。再生醫學已成為現代臨床醫學的一種嶄新的治療模式,其前沿性與現代醫學研究手段和理念的結合將推動醫學學科迅速跨上一個前所未有的高度。

幹細胞與再生醫學

「再生醫學」之優勢

克服了「以創傷修復創傷」、供體來源不足等缺陷,從根本上解決組織、器官缺損的修復和功能重建等問題。

何為「幹細胞」

幹細胞是具有自我更新能力,在特定的條件下可以分化成不同類型功能細胞的一類原始細胞。幹細胞技術及應用能夠突破傳統醫學發展的限制,有望解決人類面臨的重大醫學難題。

單能幹細胞來源主要為成體幹細胞。胚胎幹細胞來源於胚胎囊胚期的內細胞團,能夠在體外大量增殖,具有很強的自我更新能力和多胚層分化潛能。胚胎幹細胞的定向誘導分化為細胞替代性治療提供了可能的細胞來源,但免疫排斥和倫理學問題限制了其應用。腦、骨髓、外周血、血管、骨骼肌、皮膚和肝等成體組織都有組織特異的成體幹細胞。其中,造血幹細胞是應用最廣的成體,廣應用免疫系統等的治療。但大部分組織成體幹細胞分離和體外培養擴增仍然較為困難,從而限制了其大規模臨床應用。

何為「再生醫學」

再生醫學是一個涉及幹細胞、組織工程、細胞與分子生物學、發育生物學、生物化學、材料學、工程學、生物力學、計算機科學等多個學科領域的新興學科。

再生醫學是通過研究機體的正常組織特徵與功能、創傷修復與再生機制及幹細胞分化機制,尋找有效的生物治療方法,促進機體自我修復與再生,或構建新的組織與器官,以改善或恢復損傷組織和器官的功能的科學。

隨著基因工程、組織工程、材料科學的發展,以及幹細胞研究的不斷深入,再生醫學的內涵也不斷擴大,它包括基因治療、組織工程治療、組織器官移植、組織器官缺損的再生與生理性修復以及活體組織器官的再造與功能重建等幾個方面。國際再生醫學基金會(IFRM)已明確將組織工程定為再生醫學的分支學科。

「幹細胞」與「再生醫學」

再生醫學主要包括幹細胞、組織工程、細胞治療、器官移植等多個研究領域。其中,幹細胞與組織工程研究是再生醫學的核心內容。

20世紀初就有科學家提出「幹細胞」這個概念,然而直到1963年,才由加拿大研究員McCulloch和Till首次通過實驗證實了幹細胞的存在。他們發現小鼠的骨髓中存在可以重建整個造血系統的原始細胞,即造血幹細胞。

幹細胞作為再生醫學的重要手段與研究核心,涵蓋了基礎與臨床醫學多個方面。

在基礎研究方面,幹細胞成為生命科學研究的重要模型,有助於我們更進一步探索人體內各種生理及病理反應的分子機制,認識細胞生長、分化和器官發育等基本生命現象的規律,闡明重大病症(如癌症、遺傳性疾病、組織退行性病變及自身免疫性疾病等)的發病機制。由幹細胞衍生的相關模型,還可作為藥物和功能基因篩選的理想平台。利用幹細胞構建各種組織、器官作為移植的來源將成為幹細胞應用的主要方向。體內幹細胞變異所導致的各類疾病成為醫學領域的研究熱點之一。

在臨床應用方面,幹細胞可以應用到人類面臨的眾多醫學難題中,例如,各種損傷患者的植皮,肌肉、骨及軟骨缺損的修補,髖、膝關節的置換,血管疾病治療或損傷後的血管替代,糖尿病患者的膜島植入,癌症患者手術後大劑量化療後的造血系統和免疫系統重建,切除組織或器官的替代,以及部分遺傳缺陷疾病的治療等。

誘導多能幹細胞(iPS細胞)是近期全球研究熱點。2006年,日本京都大學教授山中伸彌等通過表達4個轉錄因子將小鼠成纖維細胞重編程為iPS細胞,隨後通過同樣的轉錄因子獲得了人iPS細胞。iPS細胞具有胚胎幹細胞的生物學特性,包括自我更新的能力和三胚層分化的潛能,為細胞替代治療開闢了全新的領域。目前,在糖尿病、肝病、神經系統疾病、眼部疾病等領域已開展了iPS細胞臨床前研究。

造血幹細胞移植是發展最早且最成熟的幹細胞移植技術。隨著幹細胞分離、動員、擴增和保存等相關技術的發展,造血幹細胞移植已經從最初的骨髓造血幹細胞移植髮展為動員後外周血幹細胞移植。利用造血生長因子或動員劑,可把造血幹細胞從骨髓動員(mobilization)到外周血液。

新型技術使外周血造血幹細胞治療方案應用逐漸提高,目前至少有6種疾病可以通過造血幹細胞移植來治療,包括癌症(如白血病、淋巴癌、骨髓癌、神經母細胞癌)、各種遺傳性血液病(如鐮狀細胞貧血症、地中海貧血症),還有其他自體免疫疾病、輻射損傷等。除造血幹細胞外,胚胎幹細胞與其他成體幹細胞、多潛能幹細胞在再生醫學領域的應用也不斷擴大。

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  • 版權聲明: 發表於 2020 年 2 月 24 日23:18:11
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