誘導性多功能幹細胞(iPSC)的劃時代貢獻
何為誘導性多功能幹細胞?
誘導性多功能幹細胞(iPSC)來自於「成熟的體細胞」,藉由「加入」不同的基因而將正常的體細胞轉形為多功能幹細胞,並獲得類似胚胎幹細胞的潛能,是一種藉由「逆向工程」所產生的「人工幹細胞」。
誘導性多功能幹細胞(iPSC)來自於「成熟的體細胞」,藉由「加入」不同的基因而將正常的體細胞轉形為多功能幹細胞,並獲得類似胚胎幹細胞的潛能,是一種藉由「逆向工程」所產生的「人工幹細胞」。
誘導性多功能幹細胞應用潛力無限
1.體外篩選藥物,減少病人風險與痛苦,臨床老藥新用,縮短藥物試驗歷程,病人及時獲治。
何弘能以一名一出生即患有心肌異常肥大的小女孩為例。通常罹患該疾病者多活不過五、六歲,但研究人員經由取得患者心肌細胞,並轉形成多功能幹細胞,以之篩選臨床常用的藥物(老藥新用),最後發現常用的藥物對該患者心肌肥大有顯著的改善,使患者的生命與生活品質獲得了改善。
2.重新複育濱危或已絕種物種
日前地球上最後一隻北非白犀牛死亡,宣告這個物種在野外已經絕種。但科學家在牠死亡前已取下體細胞製成iPSC,提供未來重新繁衍之用。何弘能說,利用iPSC技術,將來對於瀕臨絕種或已絕種的物種,都可以重新獲得複育。日本學者利用誘導性多功能幹細胞在老鼠身上做實驗,證實誘導性多功能幹細胞可以分化成卵子或精子,繁衍下一代。
3.器官農場,以不同物種鑲嵌技術,獲取器官
如果利用iPSC技術將不同物種間的細胞在胚胎時期互相鑲嵌,以小鼠和大鼠的iPSC細胞互相置換到對方的囊胚中,將產生帶有大鼠細胞的小鼠,與帶有小鼠細胞的大鼠。科學家為了確認鑲嵌動物帶有來自于對方的細胞,以特定基因缺失的小鼠(該小鼠不會長出胰臟)和大鼠iPSC互相嵌合,所產生的基因缺失小鼠長出了胰臟,並且全部細胞來自於大鼠。應用這項技術,科學家可以利用豬和人類的iPSC細胞鑲嵌使豬的體內長出人類細胞,甚至器官,以供疾病研究或器官移植使用。
1.體外篩選藥物,減少病人風險與痛苦,臨床老藥新用,縮短藥物試驗歷程,病人及時獲治。
何弘能以一名一出生即患有心肌異常肥大的小女孩為例。通常罹患該疾病者多活不過五、六歲,但研究人員經由取得患者心肌細胞,並轉形成多功能幹細胞,以之篩選臨床常用的藥物(老藥新用),最後發現常用的藥物對該患者心肌肥大有顯著的改善,使患者的生命與生活品質獲得了改善。
2.重新複育濱危或已絕種物種
日前地球上最後一隻北非白犀牛死亡,宣告這個物種在野外已經絕種。但科學家在牠死亡前已取下體細胞製成iPSC,提供未來重新繁衍之用。何弘能說,利用iPSC技術,將來對於瀕臨絕種或已絕種的物種,都可以重新獲得複育。日本學者利用誘導性多功能幹細胞在老鼠身上做實驗,證實誘導性多功能幹細胞可以分化成卵子或精子,繁衍下一代。
3.器官農場,以不同物種鑲嵌技術,獲取器官
如果利用iPSC技術將不同物種間的細胞在胚胎時期互相鑲嵌,以小鼠和大鼠的iPSC細胞互相置換到對方的囊胚中,將產生帶有大鼠細胞的小鼠,與帶有小鼠細胞的大鼠。科學家為了確認鑲嵌動物帶有來自于對方的細胞,以特定基因缺失的小鼠(該小鼠不會長出胰臟)和大鼠iPSC互相嵌合,所產生的基因缺失小鼠長出了胰臟,並且全部細胞來自於大鼠。應用這項技術,科學家可以利用豬和人類的iPSC細胞鑲嵌使豬的體內長出人類細胞,甚至器官,以供疾病研究或器官移植使用。
回顧:誘導體細胞成為胚胎幹細胞的神奇技術
1.胚胎幹細胞與普通細胞差異:某些基因具有分化成不同組織的潛能。
長久以來,科學家對於啟動胚胎幹細胞往不同組織分化的機制毫無頭緒,直到比對胚胎幹細胞與普通細胞的差異後發現,在胚胎幹細胞裡,有些基因的表現非常活躍,因此科學家猜測可能就是這些基因促使它具有分化成不同組織的潛能。
2. 源自2006年iPSC細胞老鼠實驗:
日本京都大學幹細胞生物學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)的研究小組,取四個基因送入已經完全分化的細胞,就可以使細胞重新設定,回到有如胚胎幹細胞、具多能性分化功能的細胞,稱為「誘導多能性幹細胞」(Induced Pluripotent Stem cell, iPSC細胞)。並在在老鼠的細胞實驗中已經獲得初步成功。
3.時至2007年11月已有誘導多能性幹細胞(iPSC細胞)人類細胞新突破:
山中伸彌與美國威斯康辛大學幹細胞及再生醫學中心的解剖學教授湯姆生,利用病毒把四個重要基因帶進人類的普通細胞內,結果也成功地使普通細胞回到誘導多能性幹細胞(iPSC細胞)。
4.同一年的12月,老鼠實驗的iPSC自體細胞治療,開創個人化醫學:
研究小組將老鼠尾巴的一般細胞誘發為iPSC細胞,先做基因修補,再誘導分化成健康的造血幹細胞,植入老鼠身體,最後治癒了這只老鼠。這是學界首次採用取自患者自身細胞的幹細胞而治癒成功的案例,它排除了使用外來幹細胞移植所帶來的排斥可能性,是「個人化醫學」(personalized medicine)研究的一大突破。
5.瓶頸與風險:
若要應用在人體,仍存在許多風險,因為以此方式培育的幹細胞,含有將基因帶入細胞的病毒,目前還無法得知這些幹細胞是否真能遵守規矩,不會轉變成腫瘤細胞或影響正常細胞的功能。
1.胚胎幹細胞與普通細胞差異:某些基因具有分化成不同組織的潛能。
長久以來,科學家對於啟動胚胎幹細胞往不同組織分化的機制毫無頭緒,直到比對胚胎幹細胞與普通細胞的差異後發現,在胚胎幹細胞裡,有些基因的表現非常活躍,因此科學家猜測可能就是這些基因促使它具有分化成不同組織的潛能。
2. 源自2006年iPSC細胞老鼠實驗:
日本京都大學幹細胞生物學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)的研究小組,取四個基因送入已經完全分化的細胞,就可以使細胞重新設定,回到有如胚胎幹細胞、具多能性分化功能的細胞,稱為「誘導多能性幹細胞」(Induced Pluripotent Stem cell, iPSC細胞)。並在在老鼠的細胞實驗中已經獲得初步成功。
3.時至2007年11月已有誘導多能性幹細胞(iPSC細胞)人類細胞新突破:
山中伸彌與美國威斯康辛大學幹細胞及再生醫學中心的解剖學教授湯姆生,利用病毒把四個重要基因帶進人類的普通細胞內,結果也成功地使普通細胞回到誘導多能性幹細胞(iPSC細胞)。
4.同一年的12月,老鼠實驗的iPSC自體細胞治療,開創個人化醫學:
研究小組將老鼠尾巴的一般細胞誘發為iPSC細胞,先做基因修補,再誘導分化成健康的造血幹細胞,植入老鼠身體,最後治癒了這只老鼠。這是學界首次採用取自患者自身細胞的幹細胞而治癒成功的案例,它排除了使用外來幹細胞移植所帶來的排斥可能性,是「個人化醫學」(personalized medicine)研究的一大突破。
5.瓶頸與風險:
若要應用在人體,仍存在許多風險,因為以此方式培育的幹細胞,含有將基因帶入細胞的病毒,目前還無法得知這些幹細胞是否真能遵守規矩,不會轉變成腫瘤細胞或影響正常細胞的功能。
小編摘要:
受困於老化與疾病困境的人類,對於再生醫學的渴求,又受限於道德與醫學倫理,讓成熟體細胞回到胚胎階段的多能性幹細胞(iPSC細胞)技術,無疑是最接近再生醫學成真的時刻,但仍有其技術瓶頸與風險待克服與觀察。雖然這些技術仍在發展階段,但iPSC是否會改變醫學,或證實它們具有與受爭議的胚胎幹細胞能力相當,是現階段再生醫學在協調倫理爭議後找出的方向,是最值得努力與關注之處,期待醫學開創新里程,邁向健康大道。
受困於老化與疾病困境的人類,對於再生醫學的渴求,又受限於道德與醫學倫理,讓成熟體細胞回到胚胎階段的多能性幹細胞(iPSC細胞)技術,無疑是最接近再生醫學成真的時刻,但仍有其技術瓶頸與風險待克服與觀察。雖然這些技術仍在發展階段,但iPSC是否會改變醫學,或證實它們具有與受爭議的胚胎幹細胞能力相當,是現階段再生醫學在協調倫理爭議後找出的方向,是最值得努力與關注之處,期待醫學開創新里程,邁向健康大道。
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參考文章:
<多功能幹細胞的劃時代研究與臨床應用>《科學人》2018/09/26
何弘能 | 台大醫院院長/台大醫學院婦產科暨免疫研究所教授
<帶來希望的再生細胞──幹細胞>《科學人》
圖片取自網路
參考文章:
<多功能幹細胞的劃時代研究與臨床應用>《科學人》2018/09/26
何弘能 | 台大醫院院長/台大醫學院婦產科暨免疫研究所教授
<帶來希望的再生細胞──幹細胞>《科學人》
圖片取自網路