干细胞——区分炒作与现实

要点

• 人体的 37 万亿个细胞中的大部分都具有专门的功能，例如肝细胞、脑细胞、心脏细胞 
• 干细胞是尚未发展其专业化的“不成熟”细胞类型 
• 干细胞可以通过分裂来自我复制/制造更多的自己 
• 主要有两种类型：组织干细胞和多能干细胞
• 干细胞对于健康发育和维持我们身体系统的健康功能至关重要 
• 干细胞治疗有可能通过产生新细胞来替换受损细胞来帮助身体修复和补充受伤或受损的组织或器官
• 干细胞是研究疾病和发育的工具  

我们的身体包含大约 37 万亿个细胞，其中有数百种不同的类型——肝细胞、皮肤细胞、毛细胞、肌肉细胞、脑细胞，仅举几例。这些细胞是专门的——它们在体内具有特定的功能。脑细胞不能完成皮肤细胞的工作。

还有另一种类型的细胞——干细胞——是一种“不成熟”的细胞类型，尚未发展出专门的功能。

干细胞

关于干细胞有两个非常重要的事情：

• 他们有能力分裂和复制自己，制造更多的干细胞（自我更新）
• 它们可以通过称为分化的过程变成成体特化细胞——它们可能会继续变成肝细胞、心脏细胞或肌肉细胞

我们身体的大部分器官都含有干细胞。

组织特异性干细胞

一些干细胞的选择有限。它们通常只能发育或分化成细胞，以补充它们所在的器官，替代因受伤或疾病而丢失或死亡的细胞。他们还帮助稳态在健康组织中。这些干细胞被称为组织特异性、成体或成体干细胞。

一些器官，比如我们的皮肤，具有高度活跃的干细胞——我们不断地摩擦我们的皮肤并脱落皮肤细胞，所以重要的是要补充我们失去的细胞。我们还不断地从肠道中脱落细胞，因此我们需要那里的干细胞来产生新细胞以维持正常功能。

干细胞也存在于其他器官中，例如我们的心脏或大脑，但它们的再生能力更为有限。理解为什么这些器官中的干细胞对损伤或疾病的反应不同是当前研究的重点。

多能干细胞

对于一些干细胞来说，世界就是他们的牡蛎。多能干细胞可以变成许多特化细胞中的任何一种——它们不限于任何一种特定类型的器官或组织。 

有两种类型的多能干细胞：

• 胚胎干细胞（ES 细胞）
• 诱导性多能干细胞（iPS 细胞）

成为任何东西的能力——胚胎干细胞

卵子受精后，它开始分裂产生新的细胞。随着发育的进行，细胞最初分化成两种不同类型的细胞——内细胞团和外层细胞层，称为滋养外胚层，围绕着胚胎。这个发育阶段发生在受精后 5-7 天。滋养外胚层细胞将形成胎盘，如果怀孕，内细胞团的细胞将发育成胎儿。  

在干细胞研究中，胚胎干细胞来源于接受过不育治疗的夫妇捐赠的胚胎内细胞团。这对夫妇不再需要这些早期（植入前）胚胎来怀孕（通常是因为他们已经完成了他们的家庭），如果不捐赠给研究，很可能会被丢弃。

在澳大利亚，自2002年以来，使用来自 IVF 程序中使用的多余胚胎捐赠的胚胎干细胞的研究一直是合法的。它受到严格监管，科学家必须向独立的许可委员会证明他们使用胚胎干细胞的要求是合理的。

温和说服的艺术——IPS干细胞

另一种制造多能干细胞的方法是“强迫”或“诱导”专门的成体细胞（如皮肤细胞或血细胞）恢复到未成熟的干细胞状态。

科学家们发现，在含有成体细胞的培养基中重新引入一些关键基因或添加某些蛋白质可以逆转“分化时钟”，产生能够自我复制和分化的多能干细胞。这些被称为诱导多能干细胞（iPS细胞）。

直到2006年才发现，科学家们对这一过程的理解在不断发展，iPS细胞技术仍在不断完善。然而，该技术在推进干细胞研究方面具有巨大潜力，世界各地的科学家都在致力于开发iPS细胞。

iPS 细胞被一些人称赞为解决围绕使用胚胎干细胞的伦理问题的方法。但实际上，事情并非那么简单。iPS 细胞自身存在一系列伦理问题。由于它们源自成体细胞，iPS 细胞将包含捐赠者的所有遗传物质，这使得匿名和隐私成为一个潜在问题。此外，理论上可以用 iPS 细胞制造卵子和精子细胞，然后用它们创造新的人类生命。尽管研究人员已经成功地从 iPS 细胞中克隆出小鼠和猪，但目前这在科幻小说领域中是相当稳固的。研究界团结一致，坚决反对开发这种用于人类繁殖的技术。

在科学家们开始考虑构建新器官之前，了解胚胎干细胞或诱导多能干细胞发育成特化细胞的过程至关重要。由 Martin Pera 领导的澳大利亚研究人员正在研究干细胞如何首先开始分化，以及神经（脑）细胞如何发育。

我们已经可以用干细胞做什么

虽然干细胞确实为未来的治疗带来了巨大希望，但目前在中国乃至全世界经过验证的干细胞治疗范围非常小。 

血液治疗

血液干细胞（造血干细胞，HSC）移植已经常规用于治疗多种血液和自身免疫性疾病，以及一些癌症，如白血病、淋巴瘤和地中海贫血。HSC帮助患者的骨髓（制造红细胞、免疫系统的白细胞和血小板）再次正常运作。HSC 可以来源于骨髓或脐带血。

在前者中，HSC的产生是通过将一种称为 GCSF 的生长因子引入患者的血液循环来促进其生长的。这可能很耗时，并且可能对某些患者产生骨痛和脾肿大等副作用。CSIRO 最近对一种获取干细胞的新方法进行了临床前试验这消除了对生长因子的需要。

角膜移植

涉及角膜干细胞的治疗已经成功地帮助了患有眼病或眼睛表面受伤的人。来自角膜边缘（称为角膜缘）的干细胞取自患者并用于在实验室中生长新的角膜组织。然后将新组织移植到患者的眼睛上。 

植皮

几十年来，使用皮肤干细胞治疗烧伤一直是一种常见且有效的治疗方法。使用患者的皮肤干细胞，在实验室中培育出新皮肤，然后移植到受伤部位。新皮肤的生长过程大约需要三周时间，在此期间患者可能会脱水或感染。尽管使用干细胞来制造皮肤移植物的做法已经存在很长时间了，但它仍在不断完善中。每一项新的发展都意味着可以克服局限性，更多的患者可以得到成功治疗。

未来的治疗

实验室的科学家们不断地重新定义科学现实与科幻小说之间的界限。几乎每天都会公布新的结果，增强干细胞的潜力，彻底改变医生帮助重伤或疾病患者的能力。

世界各地的一些研究人员已经能够从干细胞中培育出被称为“类器官”的组织类型。这些组织类似于实际人体器官的结构和功能。

在辛辛那提儿童医院医学中心的研究人员植入由iPS细胞制成的肠细胞后，小鼠体内已经长出了微小的人类肠道。

爱丁堡大学的研究人员在小鼠体内培育出功能完备的胸腺，这标志着首次使用干细胞培育出完整的器官。

Hans Clevers 和他的合作者正在开发研究肠道和肠道组织类器官中癌症和其他疾病的方法，从干细胞中培育出“微型内脏”。

由心脏病专家 James Chong 领导的一个团队，包括来自悉尼大学、悉尼韦斯特米德千年研究所和华盛顿大学的研究人员，已经成功地使用人类胚胎干细胞再生受损的心脏组织。干细胞被注射到心脏病发作的猴子体内，40% 的受损组织开始自我修复。然后新的心脏细胞开始与心脏的其他部分一起跳动。 

由 Murdoch 儿童研究所的 Melissa Little 领导的一组研究人员已经制造出一种类似于胎儿发育过程中所见的微小肾脏。肾脏是一个大而复杂的器官，有许多不同类型的细胞，因此在实验室中培育出一个完整的成熟肾脏仍然是一个挑战，但在未来，有可能培育出足够大的肾脏以提供某种有限的过滤功能对患者的作用。然而，即使是这些早期肾细胞的生长能力也为研究肾脏发育、对肾脏生长的特定突变进行更有针对性的研究以及测试新药提供了宝贵的工具。

所有这些工作都满足了干细胞研究人员最大的愿望之一：能够再生或修复受损的人体组织，或者更好的是，创造出全新的器官。 

不只是长出新器官

有时需要更换的并不是整个器官。患有某些自身免疫性疾病（患者的免疫系统会攻击自己的身体）的人也可能受益于干细胞研究的发展，尤其是在只有一种细胞受到疾病影响的情况下。

1型糖尿病

当一个人的免疫系统攻击胰腺，破坏产生胰岛素的细胞时，就会发生1型糖尿病。如果没有足够的胰岛素，我们身体的细胞就无法正确吸收糖分，糖分会在血液中积聚，最终会损害肾脏、血管和视网膜。

由道格·梅尔顿 (Doug Melton) 领导的一个团队使用胚胎干细胞来制造产生胰岛素的细胞，当这些细胞移植到小鼠体内时，这些细胞会通过产生胰岛素来响应葡萄糖。需要更多的研究来确保这种治疗从长远来看是安全有效的，并且是人们可行的选择。

进一步的考虑是，将这些细胞移植到人体中必须伴随抑制人体免疫系统破坏性作用的治疗，这样新细胞就不会受到损害。一家名为ViaCyte的美国公司正在开发一种系统，将产生胰岛素的β细胞的干细胞前体植入患者体内的保护性“支架”内。然后它们长成能够分泌胰岛素的成熟β细胞。脚手架保护细胞免受免疫系统抗体的破坏，并防止细胞扩散到体内。

莫纳什大学和悉尼大学的科学家们还利用1型糖尿病患者的皮肤细胞开发了iPS细胞，他们可以用这些细胞来研究这种疾病的发病机制和测试新药。 

多发性硬化症

多发性硬化症 (MS) 是一种身体免疫系统攻击自身髓鞘的疾病，髓鞘是中枢神经系统的保护层。

这会影响身体的神经系统，以有效地将信息传递给大脑。一种针对侵袭性疾病的造血干细胞潜在疗法目前在美国和澳大利亚均处于临床试验阶段。

它涉及从患者身上提取造血干细胞，然后用高剂量化疗破坏他们的免疫系统。然后将干细胞移植到患者体内，希望它们能够“重建”健康的免疫系统，而不会受到疾病的破坏性影响。这种治疗的试验结果和接受治疗的少数患者的结果好坏参半。虽然一些患者似乎确实在短期内从治疗中获益，但仍没有确凿的证据表明它会被证明是一种有效的长期治疗。

其他研究小组正试图更多地了解干细胞在大脑中的作用，以及它们是否可以重新激活以帮助对抗多发性硬化症中发生的神经损伤。

帕金森病

帕金森病是一种人脑中产生多巴胺的细胞退化和死亡的病症，使人无法正确控制身体的运动。由于这种疾病只涉及一小部分神经，因此旨在补充这些神经的干细胞疗法似乎是一种可能的治疗方法。科学家们已经能够训练胚胎和 iPS 干细胞成为受帕金森病影响的特定类型的脑细胞。他们还能够将这些细胞移植到小鼠、大鼠和猴子的大脑中，从而改善了一些症状。

然而，尝试用干细胞治疗帕金森氏病的问题之一是，多项实验表明，在将干细胞移植到试验动物的大脑中后，虽然其中一些分化为所需的多巴胺产生神经元，但许多干细胞简单地保持自我复制，并形成肿瘤。Florey 神经科学研究所和墨尔本大学的 Clare Parish 和 Lachlan Thompson 开发了一种方法，他们可以在实验室中从有用的多巴胺生成细胞中分离出额外的干细胞，并在进行移植前丢弃额外的干细胞。

正在继续开展工作以确保这种治疗不会导致肿瘤生长，长期有效，并且还在寻找使移植细胞产生足量多巴胺以恢复帕金森氏症患者功能的方法。只有通过认真进行的临床试验才能解决这些挑战。 

黄斑变性

最近的一项研究发现，干细胞疗法可以有效改善黄斑变性患者的视力。胚胎干细胞被转化为视网膜色素细胞，并注射到一名研究患者眼睛的视网膜后面。经过三年多的监测，他们的视力在视力表上提高了几行，其中一些人第一次能够阅读电脑。研究人员担心干细胞是否会开始不停地增殖，这可能会变成肿瘤，但令人高兴的是，这并没有在这项研究中发生。研究中发现的改进是未来可能治疗退行性视力疾病的好兆头，但需要进一步完善和测试，以及长期监测。

仍有工作要做

其他成为头条新闻的干细胞治疗，例如治疗脊髓损伤，在所有其他途径似乎都走向死胡同时为一些人带来了希望。然而，这些治疗方法并未获得批准，也尚未经过严格的临床试验过程以确保其安全，更不用说有效了。尽管有使用干细胞的奇迹疗法的报道，但这些实验性和未经证实的治疗的其他结果并不那么成功，甚至是悲剧性的。我们对干细胞治疗的长期后果还不够了解。干细胞治疗提供了巨大的希望，但必须与明智的谨慎保持平衡。

菜里的病

虽然培育新器官和修复受损脊髓绝对是令人兴奋和成为头条新闻的科学，但干细胞研究还有另一个不那么著名但可能更有前途的途径：培养受疾病影响的细胞的能力。可以采集患有特定疾病的患者的皮肤细胞样本并重新编程以成为干细胞。然后可以将这些 iPS 细胞转化为患病细胞。科学家可以研究患病细胞，以更好地了解疾病的进展并开发可能的治疗方法。它还提供了一个理想的豚鼠来测试新药，然后再对实际患者进行试验。

这对于影响难以采集样本的身体部位的疾病特别有用，例如影响大脑和脊髓的运动神经元疾病。这种方法还提供了研究罕见疾病的机会，这些疾病并不总是像其他更突出的疾病那样受到关注或资助。

昆士兰大学的研究人员正在使用来自患者的 iPS 细胞研究唐氏综合症和阿尔茨海默病；皮肤细胞。唐氏综合症引起的大脑变化与阿尔茨海默氏病所发生的变化相似。通过将受唐氏综合症影响的 iPS 细胞开发成脑细胞，研究人员可以研究疾病的遗传特征并尝试确定治疗途径。

道德考量

不仅仅是他们来自哪里

对于社区中的一些人来说，在 1990 年代后期宣布科学家能够从人类胚胎中制造干细胞引起了极大的关注。他们将人类胚胎的使用视为对人类生命的破坏，使干细胞研究笼罩在争议之中。对于其他人来说，医学研究帮助那些患有不治之症的人的潜力超过了这些担忧——特别是当澳大利亚引入了严格的立法，将人类胚胎的使用限制在早期胚胎最初是为不孕症治疗而创造的情况下，但不再需要，否则将被丢弃。

在过去的十年中，由于公众强烈支持在疾病的研究和治疗中使用干细胞，争论在很大程度上继续进行。现在的争议在于兜售希望的干细胞治疗领域，这些治疗承诺很多，但在实际提供的内容上却不太具体。干细胞治疗的希望催生了一个行业，供应商提供未经证实且可能不安全的实验性治疗 ……为那些愿意付费的人。 

通常，这些治疗的提供者会夸大其所能达到的效果，但不一定有任何确凿的证据，而是强烈依赖患者的评价。事实上，干细胞应用正处于开发新疗法的早期阶段，需要根据证据而不是炒作继续取得进展。

很明显，干细胞为未来带来了巨大希望。需要利用这种希望，并将其转化为有价值的研究，这些研究有可能通过安全有效的治疗方法使患有多种疾病和病症的人们受益。

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