iPS细胞究竟是什么?

21世纪的第一个十年,一颗名为iPS细胞激起了整个医学界的惊涛骇浪。

人类也可以像机器人那样修复损坏的器官了吗?

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什么是iPS细胞

iPS细胞的树立

2006年,日本京都大学教授山中伸弥率领的团队在国际顶级期刊上发布了有关iPS细胞再生能力的研究成果。他们利用基因修饰技术,将已经失去了全能分化性的小鼠皮肤成纤维细胞改造成具备全能分化性的胚胎干细胞,这种胚胎干细胞可以进一步的诱导分化成各种各样的身体细胞,比如心肌细胞、视网膜细胞等等。而这种细胞就称为iPS细胞(诱导性多功能干细胞),因为是人工进行培养的细胞,因此又称为人工多功能性干细胞。现已经可以通过人体皮肤内的体细胞进行培育。

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如何运用iPS细胞

再生医疗是指以恢复因疾病或受伤等原因而丧失的功能为目的的治疗法。利用iPS细胞具有的多分化功能可以制造各种细胞,比如糖尿病患者的情况下,若因外伤而切断神经,导致具有调整血糖值能力的细胞流失,而通过移植iPS细胞分化诱导后的神经细胞可以进行细胞的重连。

iPS细胞的可能性

另一方面,从难治性疾病患者的体细胞制作iPS细胞,并将其分化成神经、心肌、肝脏、肾脏等疾病部位的细胞,来研究该疾病部位的状态和功能会发生何种变化,调查疾病的原因。比如,脑内神经细胞发生变化导致的疾病,难以从外侧定位,也难以推测继续变化的细胞是否处于正常状态。通过iPS细胞,则可以飞跃性的推进这项研究。

另外,iPS细胞同时可以用于评价人体施行的药剂有效性、副作用,以及毒性测试,对新药的开发也有很大帮助。

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iPS细胞的研发进展

iPS细胞被研发后,究竟哪些领域有了帮助呢?它对医学界又有什么影响呢?有给广大患者带来了什么新的希望呢?现对人体进行了哪些临床研究呢?

日本批准iPS细胞进行临床试验

2013年6月,日本厚生劳动省批准了利用诱导多功能干细胞(iPS细胞)开展视网膜再生的临床研究。这是世界上首次利用能发育成各种细胞的iPS细胞进行临床研究。至今为止已经实施原定目标的5例移植手术,接受移植手术的病例均为视网膜发生病变从而可能导致失明的“渗出型老年性黄斑病变”患者,整个培养过程耗时10个月,在移植手术中,团队将含有iPS细胞制成的视网膜细胞溶液注射至患者眼中,等待细胞附着在视网膜上,以修复缺损细胞。

2018年1月,日媒报道日本兵库县神户市立医疗中心中央市民医院与理化学研究所等团队发布消息称,在该首创临床研究中,一位70多岁男性患者出现了视网膜水肿并发症,同时,这也是首次出现严重并发症的病例。

但该团队认为,该现象并非对iPS细胞的排斥反应,也不是副作用,而是注射溶液发生倒流,形成了视网膜前膜,导致视网膜水肿,属于移植手术的并发症。

利用iPS细胞创建血管内皮细胞

2013年8月,哈佛干细胞研究所称已经成功利用人类诱导多能干细胞(iPS细胞)制造出血管内皮细胞。iPS派生人内皮细胞拥有体内成熟内皮细胞的3个关键功能:安“装配”炎症反应、保持血液外泄出血管以及防止血液凝块

参与研究的科学家表示,iPS衍生内皮细胞可能被利用实现抗凝,在未来,从病人的组织样本中生成iPS细胞,然后用患者自身的内皮细胞覆盖特殊的外体装置,因此病人就可以在家进行治疗。

iPS细胞有助治疗渐冻症

2014年7月,日本东京大学最新研究结果显示,利用iPS细胞制作前驱细胞,然后移植给24只患有渐冻症的实验鼠,能将其寿命延长约10天(实验鼠的10天相当于人类的数个月至半年时间,不过单纯换算为天数比较困难)。研究小组表示,移植的前驱细胞几乎全部变成神经胶质细胞之一的星形胶质细胞,开始产生维持神经细胞所需的蛋白质,而且这些移植的细胞没有发生癌变。

返老还童的秘密武器?

2014年10月,日本一化妆品公司宣布,成功使用iPS细胞实现了“返老还童”,将一位67岁日本男性的皮肤细胞恢复到他本人36岁时的皮肤基本相同状态。该男性自1980年以来,一直定期提供36岁~67岁间5个不同年龄段的皮肤细胞,并由京都大学iPS细胞研究所将其转换为iPS细胞。

经化妆品公司分析,作为老化指标的染色体状态在五个年龄段均有所恢复,连67岁时采集的皮肤细胞也恢复到了和36岁时大致相同的状态。该公司称,将使用此研究结果阐明皮肤老化机制。目前虽尚处于基础研究阶段,但从长远来看,这将会推动针对个人、不同敏感源的制定化妆品开发。但是这种化妆品想来也是价格不菲…

对抗癌症的另一种选择

2015年4月,日本理化学研究所研究小组利用iPS细胞成功制造出抗癌免疫细胞,并努力推进将这一免疫细胞植入癌症患者体内,进行癌症治疗的临床医学研究计划。这一计划预计可以在今年(2018年)左右以舌癌及面部、颈部癌症为对象,正式实施到临床医学癌症治疗中。

NKT细胞是免疫细胞的一种,它可以攻击癌细胞,并使癌细胞不断变小,但是癌细胞一旦扩散,仅靠患者体内的NKT免疫细胞是无法免疫癌细胞生长的。因此,研究小组利用iPS细胞成功制出了大约5000万个NKT细胞,目前正在进行临床治疗的研究计划,为确保将这一免疫细胞移植入患者体内的安全性和效果型。

如果能够通过此方法使体内扩散的癌细胞变小,那么将会减轻手术时的负担,让更多的癌症患者接收到先进的治疗方案。

2016年11月,日本京都大学的某一研究小组发布,利用人体iPS细胞成功培养出具有杀伤癌细胞能力的“杀手T细胞”。杀手T细胞是白细胞的一种,是人体内对抗癌细胞等“坏细胞”的主力军。该小组表示,在试验中确认了利用人体iPS细胞成功培养得到的杀手T细胞具有杀伤白血病细胞的能力。

杀手T细胞吞噬癌细胞的过程。蓝色为癌细胞,红色为杀手T细胞。

研究小组称,癌症患者体内存在杀手T细胞,但在癌症治疗中需要增加杀手T细胞的量。此前的杀手T细胞体外培养研究都不太成功,而新方法可以获得高品质的杀手T细胞,有助于癌症免疫疗法的实施。

糖尿病可能不再是“不治之症”

2017年3月,日本再生医疗学会发布了一项新研究成果。研究显示,为患糖尿病的猴子移植由iPS细胞培育而来的胰岛,可以成功降低猴子的血糖值。

日本东京大学宫岛笃教授等人利用源于人体的 iPS 细胞培育出胰岛,再将大量胰岛移植到 3 只患有糖尿病的猴子体内,几天后,猴子的血糖值下降到正常水平,并且持续约 20 天。现在治疗糖尿病的方法通常是长期注射胰岛素或者移植胰岛,但移植方法存在供体不足的问题。利用 ips 细胞技术,人们将可大量制造人工胰岛用于移植。研究人员希望 5 年后能开展相关人体试验。

iPS细胞或可用于治疗帕金森病

2018年7月,日本研究人员宣布启动一项利用iPS细胞中提取的神经物质治疗帕金森病的临床试验,这将是iPS细胞首次被用于治疗人类帕金森病。研究人员将iPS细胞培养的神经前体细胞移植至帕金森病患者脑部,来试验这种方法治疗帕金森病的有效性和安全性。

帕金森病是由大脑中负责生产神经递质多巴胺的特殊细胞的死亡造成的。缺乏多巴胺会导致运动技能下降,以及行走困难和无意识颤抖,目前尚无根治方法。随着病情的发展,它还可能导致痴呆。

这项试验计划从ips细胞中衍生出多巴胺能祖细胞,并将其注入到壳核中,这是一种位于前脑底部的圆形结构。外科医生将在病人的头骨上钻两个小孔,并使用专门的设备注射大约500万个细胞。该团队已将由患者及健康人的iPS细胞制作的神经细胞植入患有帕金森病的猴子脑内,进行了最长2年时间的观察。已确认症状得到改善,且未出现可能发生癌变的肿瘤。

日本政府已于7月29日批准了这一临床试验计划。7月30日当地时间下午5点,京都大学医院在其网站上发布了病人招募通知,病人的招募工作由此开始。研究小组将招募7名药物治疗效果不佳的帕金森病患者参加试验,并在注射后的两年里对其进行跟踪,具体计划将于近期公布。

一项治疗方法的研发总是需要大量的实验和漫长的时间。iPS细胞的领域还有许多尚待开发,希望这一研发成果,能够为广大的患者们带去新的希望。

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