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2009年9月1日 星期二

iPS — 細胞複製的新道路


 文/楊駿

據新一期英國《自然》雜誌( Nature)報導,中國科學院動物研究所周琪和北京生命科學研究所高紹榮領導的研究小組,日前分別利用 iPS 細胞(誘導多功能幹細胞)複製出活體實驗鼠,從而證實 iPS 細胞與胚胎幹細胞一樣具有全能性。其中,周琪的研究小組成功培育了27隻實驗鼠,並將首隻 iPS 細胞複製鼠命名為「小小」。該成果受到國際幹細胞研究界的高度重視,《自然》雜誌網站稱讚中國科學家「為複製成年哺乳動物開闢了一條全新道路」。

iPS 細胞是指經過基因「重新編排」回歸到胚胎幹細胞狀態的體細胞,它們具有類似胚胎幹細胞的分化能力,且繞開了胚胎幹細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙,因此在醫療領域的應用前景非常廣闊。不過,由於此前未能培育出完全由這種幹細胞發育而來的活體動物,其全能性一直備受爭議。大陸科學家周琪和高紹榮等人首次利用 iPS 細胞(誘導多功能幹細胞)複製出活體實驗鼠,從而證實 iPS 細胞與胚胎幹細胞一樣具有全能性。在發育與生殖研究重大科學研究計畫的支持下,中國大陸在 iPS 細胞研究方向取得重大成果,首次利用 iPS 細胞通過四倍體囊胚注射得到存活並具有繁殖能力的小鼠,從而在世界上第一次證明了 iPS 細胞的全能性。

2009年7月23日,《Nature》雜誌線上刊發了這一成果,並於7月22日專門組織了新聞發佈會,向全球30多家重要媒體公佈大陸科學家的這項研究成果。中國科學院動物研究所研究員周琪在接受記者採訪說︰「對 iPS 細胞研究來說,用其複製出動物還不夠,複製動物的下一代能健康麼?再下一代呢?這些都需要繼續研究。」

周琪向記者介紹說,國際上的幹細胞研究分為三類:胚胎幹細胞研究;複製幹細胞研究,以及近兩年興起的 iPS 細胞研究。胚胎幹細胞研究有倫理障礙,複製幹細胞研究遇到卵細胞來源少的問題,限制了其研究應用。而培育 iPS 細胞操作起來相對容易,皮膚細胞等體細胞就可以作為其來源,這也避免了倫理爭議。鑒於上述優勢, iPS 細胞作為一種新型全能幹細胞而被廣泛看好。

「複製出小鼠,並不意味著 iPS 細胞自此可以大規模應用於醫療,我們還有很多事要做。」周琪解釋說,現在應用的是第一代 iPS 細胞技術,培育它需要利用病毒作為載體來導入基因,因此還有不小的風險。「將來我們將力主研究用小分子或藥物蛋白為載體來導入基因,培育更安全的 iPS 細胞。」周琪認為,「小小」的誕生並健康成長只是第一步,它的繁殖品質如何,其後代健康狀況如何,都需要深入研究。

「本次研究中,我們首批複製了27隻實驗鼠,其中也有實驗鼠死亡或身體出現異常的個例。」不過周琪表示,在首批 iPS 細胞複製鼠中,所有用來配對的12隻實驗鼠都成功生產出後代,並且這些第二代沒有畸形現象。它們生育了數百隻第二代實驗鼠,並已有超過100隻第三代實驗鼠。由於 iPS 細胞中用的轉錄因數要在後幾代實驗鼠身上才能完全表達出來,因此下一步工作就是進一步觀察這些後代的健康情況,從而對 iPS 細胞技術進行更具體的安全性評價。周琪說, iPS 細胞技術是否可行,主要看它的有效性和安全性。現在他們初步證明這一技術是有效的,但安全性方面需要繼續研究,以確保萬無一失。「我相信, iPS 細胞研究未來的趨勢是,越來越安全,越來越有效率。」

周琪在接受記者採訪時說,事實上,中國大陸幹細胞基礎研究和應用研究起步較早,2001年後,與幹細胞相關的重大研究專案不少於20個。此外, iPS 細胞具有全能性說明,完全通過體外操作可得到與胚胎幹細胞具有同樣分化能力的細胞,這將大大拓展 iPS 細胞的應用前景。這項成果是從幹細胞研究邁向實際醫療過程中的一大步,對幹細胞全能性的機理研究以及器官移植、藥物篩選、基因治療等臨床應用研究具有重要價值。

人們完全有理由期待,在一系列危險和潛在危險被一一規避後,尚處在實驗室階段的 iPS 細胞研究,將能很快應用於人類疾病的治療。

資料來源:新華網


科技觀察: 奇兵突圍 — 新型全能幹細胞顯神威

        iPS 細胞,又稱誘導多功能幹細胞,其神奇之處要從胚胎幹細胞說起。 

        胚胎幹細胞一直是幹細胞研究中的大明星,因為它能分化成各種器官細胞,是由體細胞誘導而成的幹細胞,具有和胚胎幹細胞類似的發育多潛能性。iPS 細胞經過基因「重新編排」,回歸到胚胎幹細胞的狀態,具有和胚胎幹細胞類似的功能,能分化生成各種組織細胞,卻繞開了胚胎幹細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙,利用基因改造培育幹細胞技術有極大的發展潛力,除皮膚細胞外,科學家還可以選擇人體其他組織細胞進行改造。

        iPS 細胞的研究是當今生命科學的前沿熱點, iP S細胞在生物和醫學領域具有廣闊的應用前景,有望成為實施再生醫學和細胞治療的重要細胞來源,具有最廣泛的發展潛力。從技術角度來說,「全能性」的胚胎幹細胞對於治療性複製來說是最理想的。然而,由於人類胚胎幹細胞研究觸及倫理和道德,在很多國家被法律禁止,相關研究也處於進退兩難的境地,幹細胞研究極待突圍。 

        然而之前的研究發現, iPS 細胞不能像胚胎幹細胞一樣通過4倍體囊胚注射發育成活體小鼠, iPS 細胞不具備像胚胎幹細胞一樣的全能性。細胞是人體內可以轉化為各種器官和組織的細胞,具有極高的生物醫學價值。以往的幹細胞研究主要使用從胚胎中提取的胚胎幹細胞,經常引起倫理爭議。

        2007年,日本和美國科學家分別宣佈發現將普通皮膚細胞轉化為幹細胞的方法,這樣得到的幹細胞和具有與胚胎幹細胞類似的功能,被稱為誘導多功能幹細胞,又名 iPS 細胞。這一發現分別被《自然》和《科學》兩大權威科學雜誌評為當年重大科學進展。
 
iPS 研究大事記

iPS 細胞具有和胚胎幹細胞類似的功能,卻繞開了胚胎幹細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙,成為幹細胞研究的熱點領域之一,近兩年來有關進展不斷。以下是其發展簡史:
  • 2007年11月,美國和日本科學家分別宣布獨立發現將普通皮膚細胞轉化為幹細胞的方法,得到的幹細胞稱為誘導多功能幹細胞,又名 iPS 細胞。這一發現分別被《自然》和《科學》雜誌評為2007年第一和第二大科學進展。
  • 2008年4月,美國加利福尼亞大學科學家報告稱,他們將實驗鼠皮膚細胞改造成 iPS 細胞,然後成功使其分化成心肌細胞、血管平滑肌細胞及造血細胞。
  • 2009年2月,日本東京大學科學家宣布,成功利用人類皮膚細胞製成的 iPS 細胞培育出血小板,而且從技術上說用 iPS 細胞培育人類紅細胞和白細胞都是可能的;緊接著,日本慶應大學科學家又宣布,成功用實驗鼠的 iPS 細胞培育出鼠角膜上皮細胞。
  • 2009年3月,英國和加拿大科學家發現了不借助病毒、安全將普通皮膚細胞轉化為 iPS 細胞的方法;美國科學家則在《細胞》雜誌上宣布,他們可以將 iPS 細胞中因轉化需要而植入的有害基因移除,且保證由此獲得的神經元細胞的基本功能不受影響。
  • 2009年7月,中國科學家周琪和高紹榮等人利用 iPS 細胞複製出活體實驗鼠,首次證明 iP S細胞與胚胎幹細胞一樣具有全能性。該成果讓人們看到了 iPS 細胞具有實用性。

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