Nature特刊：再生醫學如何讓你滿血復活

Nature特刊：再生醫學如何讓你滿血復活

生物3602016-12-09

我們的身體是不斷磨損的：細胞失去了他們的生物學途徑、組織變薄和撕裂、出現創傷、器官停止功能等等，讓我們因此而生病或殘疾。這一直是我們的命運。

再生醫學是一系列大膽的技術和技術的集合，其目的是恢復我們的生理狀態，讓其類似於原始的狀況。再生醫學的歷史可追溯到古代（見頁S50），但近年來變得更有效。例如，3D印表機列印的組織和器官，在某些情況下可以和原來的功能一樣（S56）。中樞神經系統已被證明是非常難以修復的，科學家希望幹細胞研究的進展最終可能讓脊髓損傷的人恢復神經流通性（S52）。不用藥物，就用細胞來治療如1型糖尿病這樣的慢性疾病的潛能，已經讓人們非常興奮（S60）。再生醫學的研究人員也從動物世界獲取線索：比如蠑螈的物種有能力重新長出四肢。了解這種能力背後的細胞機制也許會導致可以在人類中起作用的技術（S58）。事實上，科學家認為如果再生醫學繼續發展下去，研究人員將需要在模擬領域和與自然的系統一起工作方面進行更好的研究（S55）。

這些療法的產生帶來了如何規範他們的問題。如雨後春筍般的診所在可怕的條件下提供可疑的以幹細胞為基礎的治療；政策制定者正制定規則，促進對還沒有絕望的病人的有效治療（S64）。

此特刊分別有7篇綜述，最再生醫學的歷史、前景、存在問題都進行了方方面面的闡述，也介紹了3D列印、細胞治療在這個領域的應用。我們就在下文對這7篇綜述的主要內容分別進行介紹：

1Timeline: Regrowing the body

按時間順序介紹了再生醫學發展道路上的里程碑事件：從公元前600年第一部外科教科書所記錄印度的外科醫生用臉頰的皮膚修補撕裂的耳垂等，到近代組織培養和幹細胞分離培養的進展，2006年山中伸彌發現人工誘導多能幹細胞（iPS）避免了胚胎幹細胞的倫理問題，2010年第一個接受胚胎幹細胞治療的人是一個脊髓損傷的人，2015年幹細胞第一次市場化是歐洲委員會批准用Holoclar來治療患有嚴重受損的角膜等等。

2Neuroscience:Newnerves for old

該綜述介紹了幹細胞療法有望讓中風或脊髓損傷後喪失的運動功能恢復，但神經學家對於這方面的研究推進非常小心謹慎。

中風的2013年SoniaOlea Coont參加了一個小型的臨床試驗，在中風部位注射幹細胞讓她不再使用輪椅。但該領域仍處於萌芽狀態，人們對幹細胞以及到底在中風和脊髓損傷後發生了什麼都知之甚少。幹細胞療法在動物的大腦和脊髓損傷修復中表現出巨大的希望，但動物模型的行為往往不同於人類神經系統，例如，損傷的大鼠脊髓損傷的癒合比在人類更容易。到目前為止，神經再生細胞治療只是偶有軼事般地有成功例子，讓投資者和病人失望了。臨床前研究表明，細胞無法整合到大腦，大多數12個月死亡。相反，細胞似乎分泌生長因子，鼓勵新的神經元和血管的形成，並促進神經元之間的突觸聯繫。這也許能解釋臨床上成功的例子。

3Perspective: Work with, not against,biology

技術上的發展已經超出我們對器官發育和損傷恢復的理解，這是需要重新審視的時刻。

從上世紀開始的實驗室工程組織和器官的研究還未能納入臨床實踐。這是由於缺乏有效的血管、淋巴管和神經網路，也沒有考慮細胞的微環境，外加免疫系統的排斥。這些困難並不是不能克服的，現在是時候把跨學科的同事的力量結合起來。在蠑螈肢體再生中，先天免疫系統起了積極的作用，這對研究者是很好的啟示——將身體作為最終的生物反應器，而不是試圖重建器官或組織。

4Technology: The promise of printing

一個組織模型正用3D印表機列印

3D列印可以按精心設計的形狀來生產活組織，用來修復或替換身體受損的部位，比如骨和軟骨。研究人員正在開發皮膚、比如視網膜的神經系統組織，甚至腎臟或心臟的器官。

3D列印是工程界的奇蹟。生物版的3D列印使用了很多技術來調整適應活細胞。通常細胞被包含在柔軟的、果凍狀的水凝膠中，足以在一段時間保持它們的形狀，也可以像印表機墨水中的顏料微粒一樣懸浮在溶液里。生物列印的軟骨被證明是優於用於膝關節置換的塑料和鈦。耳形軟骨可能是第一個生物列印組織的臨床應用。

5Animal models: Unlock your innersalamander

有些動物能夠輕易地重新長出身體的部分，生物學家們希望找出它們的秘密並實施到人類上。

蠑螈可以再生出失去肢體的完美原始副本，並沒有任何疤痕組織形成，但對小鼠來說確實毀滅性的。動物肢體和器官再生能力的起源是不確定的。一種可能性是，作為哺乳動物進化出了更複雜的免疫系統，它們進化出了一種創傷反應，有助於保護其免受感染。一個受傷的動物必須在快速癒合與緩慢的再生反應之間的進行「選擇」。有科學家認為可能只是將一個開關轉回去。人類，特別是在生命的早期，有有限的修復能力，這表明一些再生的遺傳程序存在於哺乳動物，但在發育過程中被關閉。為了實現人類的再生，科學家在蠑螈和其它有再生能力的動物中研究識別再生的開關。在人類和小鼠中，隨著年齡的增加指甲的生長能力減弱，科學家們已經了發現了該過程中什麼基因控制信號蛋白，證明加入信號蛋白可以提高哺乳動物的再生能力。

6Diabetes: Encapsulating the problem

如果免疫系統不「擋道」的話，細胞療法能夠治療1型糖尿病。

因為細胞來自無關的捐助者，為了防止胰島的排斥患者必須終身服用免疫抑製藥物。但這些藥物有嚴重的副作用。夢想是能夠建立某種免疫隔離裝置。最流行的將β細胞包裝在膠囊材料移植的材料是一種叫alginate的海藻提取物。研究人員發現一個品種的triazole–thiomorpholine dioxide alginate被免疫系統完全無視。哈佛幹細胞研究所已經成功地用超級海藻酸鈉球移植獼猴，讓它存活了6個月。

7Regulation: Rewriting the regenerativerulebook

人們渴望提供幹細胞治療機構的信息，但很多診所都是不規範的暗地操作。今天，美國幹細胞事業正在蓬勃發展。FDA對幹細胞治療的方法採取強硬措施，規定所需的藥品和器械需要同樣嚴格的測試程序，但這並沒有阻止幹細胞臨床產業增長。間充質幹細胞（骨髓間充質幹細胞）可以收集從病人的骨髓或脂肪組織，或從供體組織，包括胎盤和臍帶。這些成人幹細胞的管理方法和療效目前是爭議的中心。

參考資料

Nature Outlook：Regenerative medicine