「蜥蜴博士」科幻照進現實？
「蜥蜴博士」科幻照進現實？
文/張昊
蜥蜴博士
蜥蜴博士是美國超級英雄漫畫《蜘蛛俠》中的一位反派人物。他在戰爭中負傷慘遭截肢，但通過對蜥蜴等低等生物肢體再生能力的研究使自己重獲手臂。如今，醫學以及生物學研究的最新進展，讓科幻作品中的狂想日益成為現實。再生醫學這一醫學領域的前沿分支，已經從理論探究逐步向臨床應用發展。
近年，再生醫學領域最大的事件，莫過於iPS細胞（誘導性多能幹細胞）的發現。雖然從2006年首次提出到現在，不過短短11年時間，iPS細胞相關的臨床研究已經蓬勃展開。
動物的再生能力讓人類羨慕
一般而言，植物通過一定量的組織切片可實現整個植株的再生。例如5毫米見方的胡蘿蔔組織，用酒精消毒並在適宜的培養基中加以培育，就可以從胚芽、不定芽等形式開始發育，直到成長為與原來的胡蘿蔔類似的植株，這項技術便是農業上經常採用的組織培養。
海星、蚯蚓、蠑螈、火蜥蜴，這幾種相當常見的生物，按照生物學分類，分別屬於棘皮動物、環節動物、兩棲動物以及爬行動物。從進化或者生物分類的角度而言，它們與萬物之靈的人類相比，可謂是相關甚遠的低等物種。不過，它們卻擁有人類夢寐以求的強大本領——身體再生。海星被切斷的觸手可以短時期內重新長出，甚至切去的觸手本身可以再長成一隻新的海星。蚯蚓切成兩段亦可獨立長成全新個體。進化角度而言更為高級的蠑螈甚至蜥蜴，都具有切除一部分肢體甚至器官之後短期再生的能力。這種再生能力，歸根結底是一種細胞的全能分化能力。
蜥蜴的斷尾再生
通常來說，動物除了受精卵以外，其他的細胞並不具有這樣的萬能分化能力，某種體細胞只能分裂增殖為同類體細胞。動物身體內（或曾經在某個生命階段存在於動物身體內）具有分化萬能性的細胞，僅僅只有如下數種：胚胎早期的內細胞團，經過培養的胚胎幹細胞，胚胎幹細胞與體細胞的融合細胞等。然而，胚胎幹細胞的相關研究因為受到研究倫理的限制，其發展在各國都面臨嚴格的監管問題。例如，目前的技術水平下，胚胎本身將在胚胎幹細胞被分離後無可避免地失去生命機能。在道德、宗教、法律等相關層面而言，即便胚胎幹細胞在再生醫療、發育生物學、藥物實驗等諸多領域擁有廣闊的應用前景，有關胚胎幹細胞的研究實質上已經面臨了失去未來的窘境。
神奇的iPS細胞
不過，多能性細胞的相關研究由於在創傷組織修復、身體器官移植等人類迫切需求的研究領域存在巨大的應用價值，仍然吸引著無數的科研和產業資源。終於，在胚胎幹細胞研究進入困境的時候，iPS細胞的橫空出世，為全人類帶來了曙光。iPS細胞的獲得，無需受精卵亦無需胚胎幹細胞，基本沒有研究倫理風險。這種具有萬能分化性的細胞，可以經過基因誘導手段，轉化為身體中所有的組織與器官。
更加令人鼓舞的事實是，若利用人類病患自身細胞經過基因工程修飾改性形成的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，將可避開自身免疫系統的攻擊。
iPS細胞的臨床應用
滲出型老年性黃斑病變是一種相當兇險的眼部疾患，罹患該病後，將逐漸出現視網膜中央部位的退化，視覺上漸次出現視物變形、變大或變小，最終造成視力喪失。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，從滲出型老年性黃斑病變患者自身皮膚中提取並製成iPS細胞，然後移植到本人的視網膜，成為世界臨床歷史上首例利用iPS細胞成功進行的組織修復術。但是到實施手術為止，大約耗時10個月，並耗資600萬人民幣，所以該團隊將降低成本以及減少細胞培育時間作為之後手術的攻關方向。
2017年3月28日，該醫療團隊公布了最新的研究進展，他們成功利用人工培育iPS細胞分化形成的視網膜細胞，為患者實施了視網膜細胞移植手術，成為世界首例異體iPS細胞移植臨床案例。需要特別指出的是，此次手術所用細胞的並非來自患者本人，而是來自儲備在京都大學的iPS細胞，因此治療時間和費用得到大幅縮減。該治療案例標誌著利用iPS細胞實施的再生醫療研究進入了一個新的階段。
培育iPS細胞的過程，是一種通過在體細胞中導入數種基因，將該類體細胞加以改造，並使之具備分化全能性的技術。iPS細胞具備類似胚胎幹細胞的性質，可以分化為不同類型的組織細胞，同時這種分化能力在分裂增殖的過程中仍可維持，這與失去全能性而僅存增殖能力的一般體細胞截然不同。
最初的iPS細胞於2006年由日本京都大學的山中伸彌教授研究團隊利用來自於小鼠皮膚的成纖維細胞獲得。山中伸彌教授將該種細胞命名為iPS細胞，並特意強調第一個字母採用小寫i，是寄望於該技術像當時風靡於世的蘋果iPod一樣廣為人知。2012年，山中伸彌因該項研究與約翰·格登共同獲頒諾貝爾生理學或醫學獎。現在，山中伸彌教授以成立於2010年的京都大學iPS細胞研究所為科研中心，持續推動iPS細胞在再生醫學領域的科研與應用。
iPS細胞製作法 （來源：維基百科）
第一步：從身體取得細胞並加以培養，第二步：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；第三步：當細胞群落形成，利用胚胎幹細胞培養法進行培養；第四步：培養後便會形成類似胚胎幹細胞的iPS細胞群。
本次接受iPS細胞移植手術的是一位患有滲出型老年性黃斑病變的老年男性。手術大約持續一個小時，在患者右眼注入了50微升的液體。液體中含有用他人的iPS細胞分化形成的25萬個視網膜色素上皮細胞。手術過程順利，術後將經歷1年的觀察期和3年的追蹤調查。
iPS細胞的前景
然而，從新聞中提及的培育iPS細胞的成本與時間可以看出，目前iPS細胞的培養效率仍然是該技術取得進一步突破的難關之一。不過，相關的研究也已經取得了可喜的進展。
在早先的新聞報道中，日本京都大學的特別副教授龜井謙一郎的研究團隊，通過與Gunze公司合作，研製出了可以大量繁育人工多功能幹細胞（iPS細胞）的纖維培養基。該技術分別用明膠和聚己二醇做出極微小的纖維，再反覆交疊成布匹形狀，這樣要比通常的培養皿和燒瓶節約空間。利用iPS細胞培植心臟、肝臟等器官時，需要有大量的細胞儲備，若使用培養皿方法，1名患者需要1 000個以上培養皿，所佔空間巨大，成本高昂。若利用新開發的纖維織物，則只需很小的實施空間。胚胎幹細胞亦能使用這種織物。期待該研究團隊的研究成果，能夠高效高產地繁殖iPS細胞。
除了再生醫學之應用之外，iPS細胞在經過特定的誘導分化後，可以成為各種組織細胞。例如，對於某種疑難病症的研究，因為缺乏相關的細胞樣本而可能陷入困難，畢竟通常的人類組織培養需要提取相當量的某種細胞，尤其是內臟病患的細胞提取，對身體的損害巨大，培養周期和培養效率遠遠無法滿足對特定疾病的研究。在對iPS細胞應用前景的設想中，從病患皮膚某處提取的少量iPS細胞經過培養就可轉化為某種內臟細胞。另外，由於該細胞樣本來自病患本身，具有「特異性」，可以成為針對患者個體的藥劑研發或毒性評估的最佳平台。
作為地球生物進化史上的最高成就，人類擁有凌駕於萬物的智能和堪稱精妙的身體。然而，人類卻在相當程度上丟失了低等生物普遍具備的細胞多能分化性。損傷的皮膚可以重生，斷裂的骨骼可以癒合，這已經是人類身體再生能力的極限了。對於人類而言，進一步探索iPS細胞的奧秘，並最終將其應用於人類自身的組織修復、器官移植乃至斷肢再生，具有深遠的現實意義。
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