iPS細胞：要來一條再生的胳膊嗎？

出品：科普中國

製作：大阪大學 張昊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

在越來越多的科幻電影中我們都見到肢體再生技術，雖然從現代醫學的角度來講實現仍然有一定的難度，但是若真的有一天，我們遭遇不幸也不必擔心也不用擔心終生殘疾，這不是很幸運？

影片中再生肢體的畫面（來源網路）

那麼今天我們就講講細胞再生，或者咱們可以用更加高大上的說法，再生醫學。跟可以一分為二的蚯蚓不同，人類自身的組織或者器官缺乏嚴重受損後重新再生的能力，這種能力歸根結底是一種細胞的全能分化能力，在人類的胚胎髮育階段，各個身體部分就已經完成了原始的構建。

不過人類對於自身再生能力的認知可謂是相當清醒的。古代有歃血為盟，結拜之前壯士用利刃劃開自己手掌，滴血入酒，以示永不背叛。雖然當時諸位壯士可能要忍下一時的痛楚，不過沒多少天傷口就能癒合的不留疤痕，這說明了人類的機體還是有一定的再生修復能力。

歃血為盟（來源網路）

另外一個相反的例子，日本黑幫組織山口組時至今日還留有當年的習俗，斷指入盟。也就是說立志加入組織的人，需要經過最初的一場試煉，切去左手小指的第一個指節（圖3）。當然，人類手指可不是壁虎尾巴，這節小指也就永遠離開了立志入會的熱血青年。

圖3 山口組標誌性的斷指和紋身（來源：網路）

上面的故事好像有點離題，不過是體現作者想喚起各位讀者生活常識的良苦用心。確實，在目前的科技水平之下，人類相當有限的身體再生能力是貴為萬物之靈的人類深刻的傷痛。幸好，21世紀的第一個十年，一顆叫做iPS細胞的重磅炸彈引爆了整個醫學界。

2006年，日本京都大學教授山中伸彌率領的團隊在國際頂級期刊上發布了最新的研究成果。他們利用基因修飾技術，將已經失去了全能分化性的小鼠皮膚成纖維細胞改造成了具備全能分化性的胚胎幹細胞，改造後獲得的這種胚胎幹細胞可被進一步誘導分化成為各種各樣的身體細胞，例如心肌細胞，視網膜細胞等等。iPS細胞這一名詞，全稱為誘導性多能幹細胞（induced pluripotent stem cell）。

這裡對胚胎幹細胞的概念稍加解釋，我們都知道人類受精卵首先形成胚胎，然後胚胎髮育最後形成胎兒。胚胎幹細胞就是一種存在於胚胎中，可以分化發育成各種體細胞，進而形成各組織的特殊細胞，具有全能分化性。

但是，胚胎幹細胞的獲取，不可避免的要嚴重傷害乃至殺死胚胎，這在很多國家已經是法律上的殺人罪行了。所以，胚胎幹細胞的相關研究在各國都受到嚴格監管，實質上陷於停頓。而iPS細胞就不存在這樣的倫理問題，無需受精卵或胚胎，僅僅是提取一些體細胞，就可以將其轉化為與胚胎幹細胞相同的多能細胞，可謂是巨大的進步了。

那麼，山中教授又是怎樣獲得最初的iPS細胞的呢？

最初的想法就是通過基因技術修改體細胞，看看是否能將其轉化為其他細胞甚至胚胎幹細胞。最初的實驗，一共有24個基因被修改，雖然過程相當複雜艱辛，至少獲得了期望中的胚胎幹細胞。之後，經過深入的研究，發現只要修改其中的4個，就能實現體細胞向胚胎幹細胞的轉化，這無疑是人類再生醫學研究史上真正的里程碑。

此外，如果我們利用人類病患自身細胞加工形成iPS細胞，其所培養出的組織或器官在重新移植回病患體內後將被認定為自體組織，因而避開免疫系統的攻擊。

而iPS細胞製作看似也很簡單：

圖4 iPS細胞製作法 （來源：維基百科）

Step1:從身體取得細胞並加以培養。Step2:利用病毒載體，或是其他方式把特殊基因或是其產物（蛋白質）「導入」細胞。紅色的是已被「導入」的細胞。Step 3:當細胞群落形成，並利用ES細胞培養法進行培養。Step 4:培養後便會形成類似ES細胞的iPS細胞群。

早在2014年9月，日本理化研究所與神戶市立醫療中心所屬的中央市民醫院等機構聯合組成的醫療團隊已經完成了世界臨床歷史上首例利用iPS細胞成功進行的組織修復術，但是因為耗時長、費用高昂等問題，團隊後來選擇了在技術上做一些減少成本的轉型。

實際上山中教授也提出過國際iPS細胞庫構想，從不容易使受體產生排異反應的特殊人群身上提取細胞並進行集中培養分化，將大大降低iPS細胞的培養時間和成本，並最終建立惠及各種人種的iPS細胞庫（圖5）。同時，iPS細胞培養技術的發展也帶動了相關領域的研究。例如，日本科學家最近通過與纖維廠商合作，製造出了可以高效繁育iPS細胞的纖維織物培養基（圖6）。

圖5 國際iPS細胞庫構想（來源：網路）圖6 纖維培養基（來源：共同社報道）

iPS細胞的出現，讓再生醫學界擺脫了胚胎幹細胞研究相關的倫理桎梏，在短短的十年時間之內就從實驗室走向了臨床應用，造福於人類。雖然目前的科技水平僅能利用iPS細胞在體外形成細胞團或者人體組織，直接在體外培育成肢體甚至器官仍然任重道遠。然而不得不說，人類已經前所未有的接近了這一夢想。或許人類的技術能力有天真的到了可以隨意再生肢體，移植記憶的程度，這豈非是另一種意義的永生？抑或是先賢莊子所言的「等生死，齊榮辱」，生死再無別耶？

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