日本利用人體細胞重塑眼角膜

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近日，日本大阪大學研究人員在世界上首次成功利用人體細胞培育出角膜、晶體和視網膜等眼部組織，該成果發表在著名科學雜誌《自然》上。這項研究將幫助醫學工作者利用患者自身細胞培養而成的誘導性多功能幹細胞（iPS）重建眼部的角膜上皮組織，讓患者重見光明。與傳統的捐贈來源的角膜相比，這種人工角膜不但來源充足，而且不容易發生異體移植排異反應。

神奇的iPS

早在2007年，日本科學家山中彌伸就通過轉基因誘導，讓高度分化人體成體細胞「返老還童」，重新變成分化能力的幹細胞，也因此獲得2012年的諾貝爾獎。這種由成體細胞「逆生長」而成的幹細胞被稱為誘導性多能幹細胞。誘導性多能幹細胞不但具有和胚胎幹細胞一樣的分化潛力，而且與胚胎幹細胞相比，來源更為廣泛，更加容易獲得。從誕生之初，誘導性多能幹細胞就成為世界科學家關注的熱點。

經過誘導和培養，誘導性多能幹細胞可以分化為各種細胞和組織，甚至發育為一個新器官，為需要器官移植的患者提供器官來源。由患者自身細胞培養而成的誘導性多能幹細胞，由於是同源細胞，培養得到的新組織、器官移植到患者體內，不會引起異體移植排異反應，是器官移植的理想來源。到目前為止，科學家已經利用誘導性多能幹細胞培養出肝臟細胞、心肌細胞、神經細胞、造血幹細胞等，使誘導性多能幹細胞在臨床醫學中的應用有望成為現實。2009年，中科院首次利用誘導性多能幹細胞培養出活體小鼠，證明了誘導性多能幹細胞具有與受精卵一樣的全能分化能力。

然而，誘導性多能幹細胞並不是百分百安全的。這種細胞在臨床應用時，雖然不會造成排異反應，卻有分化為腫瘤細胞的風險。到目前為止，科學技術仍不能完全控制誘導性多能幹細胞向腫瘤分化的風險。這也讓誘導性多能幹細胞的臨床應用前景蒙上了一層陰影。

但是，科學家和志願者們並沒有因噎廢食，畢竟這項新技術有可能挽救成千上萬的病人。2014年，日本科學家首次將誘導性多能幹細胞培養成的視網膜移植到一位眼病患者體內，這是世界上首例誘導性多能幹細胞的臨床應用。

技術難度大

眼睛的構造極其複雜精細，角膜、視網膜、結膜、晶狀體，任何一個組織的病變都可能導致眼睛失明。而來源於遺體捐獻的角膜極其有限。利用幹細胞培養眼部組織，成了專家們關注的問題。然而把幹細胞誘導為複雜的眼部組織，技術難度大，一直是個科學上的難題。

直到2007年，日本首次從成人的角膜上皮提取成體幹細胞，利用這種幹細胞培養出角膜和結膜組織。這個歷史性的成就，預示著幹細胞技術將在眼部疾病的臨床治療上大顯身手。然而，這種成體幹細胞數目稀少，分化潛力不強，在臨床上應用範圍很窄。

2014年，美國霍普金斯大學的研究人員首次利用誘導性多能幹細胞培養出具有感光能力的立體視網膜組織。這是誘導性多能幹細胞首次被誘導為人體眼部組織。研究帶頭人、約翰·霍普金斯大學醫學院的眼科學副教授M·瓦萊里婭·坎托-索萊爾博士表示，他們能從患有視網膜疾病的病患者體內提取細胞，並將其轉化為幹細胞，培養出多個視網膜。實驗室培養出的視網膜組織，將取代患者病變或者死亡的視網膜組織，從而使患者恢復視力。

重塑角膜

在日本大阪大學發表的最新研究中，研究人員將誘導性多能幹細胞培養成含有角膜、晶體和視網膜的組織，並從中分離出角膜組織。他們把培養出來的人工角膜組織移植給失去角膜的兔子，取得了理想的實驗結果。

在過去的研究中，研究人員只能把誘導性多能幹細胞培養為眼球的後半部分（比如視網膜、視網膜色素上皮細胞等）；而本次研究中，研究人員經過誘導，使誘導性多能幹細胞成功分化為眼球的前半部分（比如角質層和晶狀體等）和後半部分（比如視網膜和視網膜色素上皮細胞等），這項研究發現屬世界首次。

誘導性多能幹細胞應用於培養人工角膜，有著得天獨厚的優勢。首先，誘導性多能幹細胞源於患者自身細胞，不容易引發異體移植排異反應；其次，雖然誘導性多能幹細胞可能產生腫瘤細胞，但角膜中沒有血管，內部環境不適合腫瘤細胞生存，所以誘導性多能幹細胞培養而成的角膜產生腫瘤的可能性非常低，非常適用於角膜移植。

取得這個鼓舞人心的結果後，該研究小組表示，他們將於2016年度底前後向大阪大學倫理委員會申請實施臨床研究，使因受傷或疾病而受損的角膜重獲新生。

研究人員認為，這一研究成果有可能帶來新的治療方法，用人工角膜代替捐贈角膜，補充了捐贈角膜來源的不足，讓更多患者重見光明。在兩年時間內，這種人造角膜有望移植給患者。

文 | 科學網 李恬

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《誘導性多功能幹細胞（iPSCs）十年記》

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