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2022-05-11 17:00
2022年5月8日,人民日?qǐng)?bào)刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授陳曄光院士署名文章:干細(xì)胞研究與應(yīng)用——為人類生命健康提供保障,闡述了陳曄光院士對(duì)干細(xì)胞研究與應(yīng)用的獨(dú)到見(jiàn)解與熱切期盼,他甚至認(rèn)為干細(xì)胞將在未來(lái)持續(xù)為人民群眾的生命健康提供保障。
陳曄光
細(xì)胞生物學(xué)家,中國(guó)科學(xué)院院士,清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師
陳曄光院士主要從事細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制及其生理病理作用的研究,他的系列成果對(duì)深入了解胚胎發(fā)育、組織穩(wěn)態(tài)、腫瘤發(fā)生發(fā)展等過(guò)程有重要借鑒作用。
干細(xì)胞研究與應(yīng)用——為人類生命健康提供保障
來(lái)源:人民日?qǐng)?bào)
當(dāng)前,面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康,廣大科學(xué)家和科技工作者正不斷向科學(xué)技術(shù)廣度和深度進(jìn)軍。其中,在干細(xì)胞領(lǐng)域,我國(guó)科研工作者近年來(lái)取得重大原創(chuàng)科研成果。造血干細(xì)胞移植(骨髓移植)用于治療白血病的安全性和有效性不斷提高,實(shí)現(xiàn)了全球首例干細(xì)胞治愈兒童擴(kuò)張型心肌病治療,運(yùn)用化學(xué)小分子將人成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞……
隨著生命科學(xué)研究不斷發(fā)展,人類對(duì)干細(xì)胞的了解逐漸深入,干細(xì)胞相關(guān)科研成果在疾病治療、再生醫(yī)學(xué)等方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。應(yīng)用干細(xì)胞技術(shù),不僅可以治療白血病、免疫系統(tǒng)疾病等過(guò)去難以醫(yī)治的疾病,還可以延展出類器官技術(shù),以加速新藥開(kāi)發(fā)、助力精準(zhǔn)醫(yī)療,甚至有望推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)實(shí)現(xiàn)飛躍,如治療阿爾茨海默病、修復(fù)衰老器官等??梢哉f(shuō),干細(xì)胞研究與應(yīng)用持續(xù)為人民群眾的生命健康提供保障。
“一生萬(wàn)物”
種類多樣,維持生命勃勃生機(jī)
要了解干細(xì)胞,先要了解細(xì)胞。大家知道,細(xì)胞是人體的基本組成單位。一個(gè)成年人體內(nèi)約有40萬(wàn)億至60萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞。構(gòu)成機(jī)體的細(xì)胞不僅數(shù)量龐大而且分工明確,神經(jīng)細(xì)胞主導(dǎo)思維、肌肉細(xì)胞產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、脂肪細(xì)胞儲(chǔ)存能量、免疫細(xì)胞介導(dǎo)免疫防護(hù),等等。不同類型細(xì)胞進(jìn)一步組合形成組織、器官和系統(tǒng),使人體能完成各種生命活動(dòng)。神奇的是,這么多不同種類的細(xì)胞在生命初期均來(lái)源于一個(gè)細(xì)胞,那就是受精卵。受精卵增殖產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞,并進(jìn)一步增殖和分化形成人體200多種細(xì)胞,最終成長(zhǎng)為一個(gè)完整個(gè)體。
就像樹(shù)干可以長(zhǎng)出樹(shù)杈、樹(shù)枝和樹(shù)葉,進(jìn)而開(kāi)花結(jié)果,干細(xì)胞是一類能夠自我更新并分化形成各類型細(xì)胞的祖細(xì)胞。在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中,干細(xì)胞增殖并分化形成各類細(xì)胞,構(gòu)建組織器官。在發(fā)育完成后,當(dāng)組織器官受損、出現(xiàn)炎癥或體內(nèi)穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化時(shí),干細(xì)胞作為“種子細(xì)胞”,能分化并補(bǔ)充此時(shí)所需要的細(xì)胞,完成修復(fù)。在生命活動(dòng)末期,當(dāng)干細(xì)胞活力下降,難以滿足新生細(xì)胞替代衰老退化細(xì)胞的更替需求時(shí),個(gè)體就出現(xiàn)衰老表型。
按發(fā)育階段來(lái)分,干細(xì)胞可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞是早期胚胎中的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)培養(yǎng)而來(lái)的細(xì)胞,通俗地說(shuō),就是“一生萬(wàn)物”的細(xì)胞,即理論上可以誘導(dǎo)分化為機(jī)體中所有種類的細(xì)胞。這種細(xì)胞可以在體外大量擴(kuò)增、凍存和復(fù)蘇,而不喪失原有特性。成體干細(xì)胞是存在于成體組織中的未分化細(xì)胞,也叫組織干細(xì)胞。這種細(xì)胞能夠自我更新,還能特化為組成該組織的功能細(xì)胞,好似“細(xì)胞工廠”。目前發(fā)現(xiàn)的成體干細(xì)胞有造血干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、肌肉干細(xì)胞、皮膚表皮干細(xì)胞、視網(wǎng)膜干細(xì)胞等。
根據(jù)分化潛能,干細(xì)胞可分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。顧名思義,全能干細(xì)胞具有分化形成機(jī)體內(nèi)任何類型細(xì)胞的能力,有形成完整個(gè)體的分化潛能,比如胚胎干細(xì)胞。多能干細(xì)胞具有產(chǎn)生多種類型細(xì)胞的能力,但不能發(fā)育成完整個(gè)體。比如造血干細(xì)胞可分化出多種血細(xì)胞,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為骨、軟骨、肌肉、脂肪等中胚層組織的細(xì)胞。單能干細(xì)胞則只能在成體組織器官中向單一方向分化,產(chǎn)生一種類型細(xì)胞。
應(yīng)用廣泛
疾病治療和再生醫(yī)學(xué)的有力工具
健康是每個(gè)人的愿望,在疾病治療和再生醫(yī)學(xué)方面,干細(xì)胞潛力巨大。一些發(fā)達(dá)國(guó)家率先用干細(xì)胞移植技術(shù)治療疾病,我國(guó)也在開(kāi)展干細(xì)胞治療疾病臨床研究。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球6000多項(xiàng)干細(xì)胞臨床試驗(yàn)中,涉及上百種疾病。
大眾最熟悉的,莫過(guò)于血液病治療。造血干細(xì)胞移植,是干細(xì)胞臨床應(yīng)用最早且較為常見(jiàn)的案例,主要針對(duì)貧血癥和白血病,包括再生障礙性貧血、先天性血球細(xì)胞缺乏癥、慢性骨髓細(xì)胞性白血病等。造血干細(xì)胞移植也應(yīng)用于某些特殊疾病的治療,如嚴(yán)重性聯(lián)合免疫缺陷疾病、自體免疫疾病多發(fā)性硬化癥等。這方面治療所用造血干細(xì)胞,主要來(lái)自臍帶造血干細(xì)胞和骨髓等。以前,這類疾病難以治愈,而今干細(xì)胞治療的應(yīng)用給患者帶去希望。
又如皮膚相關(guān)疾病治療。干細(xì)胞存在于多種皮膚組織,如表皮、毛囊和真皮中,維持皮膚動(dòng)態(tài)平衡和損傷修復(fù)。干細(xì)胞治療可用于皮膚損傷。2017年,科學(xué)家通過(guò)干細(xì)胞再生了人類表皮,讓一位男孩獲得新的皮膚。如今,該技術(shù)在皮膚重度燒傷患者中得到應(yīng)用。在表皮傷口愈合過(guò)程中,間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞遷移、血管生成、上皮化和肉芽組織形成等,能夠加速傷口愈合并減少疤痕的產(chǎn)生。干細(xì)胞功能障礙是銀屑病炎癥反應(yīng)失調(diào)的重要原因,臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),患者在接受干細(xì)胞治療后可長(zhǎng)期緩解銀屑病癥狀。另外,干細(xì)胞療法也應(yīng)用于雄激素性脫發(fā)、斑禿的治療,包括毛囊移植及干細(xì)胞刺激療法等。
除了將干細(xì)胞直接用于疾病治療外,基于干細(xì)胞的各種新技術(shù)也有巨大應(yīng)用潛力。例如,基于成體干細(xì)胞建立的類器官,不僅是研究器官發(fā)育和疾病發(fā)生的重要模型,在腫瘤個(gè)性化治療、藥物研發(fā)和再生醫(yī)學(xué)等方面也可以發(fā)揮作用。類器官是一種體外培育而成、具備三維結(jié)構(gòu)的微器官,擁有類似真實(shí)器官的復(fù)雜結(jié)構(gòu),并能部分模擬來(lái)源組織器官的生理功能。以腫瘤病治療為例,當(dāng)前藥物多是通用的,但每個(gè)患者的具體情況都不一樣。類器官可以模擬患者器官,幫助找到適合藥物,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療。在藥物研發(fā)方面,類器官可以幫助建立更加接近人體的疾病模型,降低新藥研發(fā)成本,縮短研發(fā)周期。
未來(lái),干細(xì)胞最重要的應(yīng)用或是再生醫(yī)學(xué)。阿爾茨海默病是一種神經(jīng)退化性疾病,人們正在探索使用干細(xì)胞技術(shù),取代受損神經(jīng)元,以期治療阿爾茨海默病。進(jìn)一步,干細(xì)胞技術(shù)有望用于修復(fù)衰老器官,使人延年益壽并享受高質(zhì)量生活。
我國(guó)的干細(xì)胞研究與應(yīng)用基礎(chǔ)較好,取得了一系列重要突破。研究方面,我國(guó)科研人員利用誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞,通過(guò)四倍體囊胚注射,第一次證明了這類干細(xì)胞的全能性;創(chuàng)建了半克隆技術(shù),建立了小鼠孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞系(又稱類精子干細(xì)胞),可功能性地代替精子繁育健康小鼠;使用干細(xì)胞讓先天性眼盲的小鼠獲得了視覺(jué);等等。應(yīng)用方面,我國(guó)科研人員首次在世界上建立了人胎兒胰腺干細(xì)胞系,可為臨床治療人類糖尿病提供種子細(xì)胞;利用臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞改善卵巢血流、修復(fù)卵巢功能,使早衰卵巢重獲繁衍能力;等等。這些干細(xì)胞技術(shù)的突破,為我國(guó)干細(xì)胞研究應(yīng)用起到推動(dòng)作用,折射出我國(guó)在干細(xì)胞領(lǐng)域由“跟跑”到“并跑”并向“領(lǐng)跑”發(fā)力的轉(zhuǎn)變。
生命和健康是科學(xué)問(wèn)題,更是每個(gè)人都要面對(duì)的人生命題。擁有充滿活力的好身體,是人們樸素而真切的追求,更是干細(xì)胞研究者的目標(biāo)。作為生命科學(xué)的前沿和熱點(diǎn),干細(xì)胞還有許多未解之謎值得我們不懈探索。隨著研究成果不斷出現(xiàn),干細(xì)胞將繼續(xù)為疑難復(fù)雜疾病提供新的治療策略,為人類健康做出新的貢獻(xiàn)。