修復(fù)大腦不是夢
來源：浙江日報
原標(biāo)題：修復(fù)大腦不是夢
本報記者 文敏
干細(xì)胞是人體內(nèi)具有發(fā)育潛能、全能型的細(xì)胞，可自我復(fù)制。它具有自我更新、多向分化和修復(fù)能力。在科學(xué)家的不斷嘗試 下，人胚胎干細(xì)胞可以分化成多種細(xì)胞，比如神經(jīng)元、心肌細(xì)胞、胰島細(xì)胞和血細(xì)胞等。全球目前已經(jīng)開展了上萬例的干細(xì)胞移植，經(jīng)臨床證實的干細(xì)胞可用于移植 治療的疾病達(dá)92種，包括腦癱、老年癡呆、糖尿病、肝臟疾病、腫瘤、燒傷、衰老等。
最近，中國科學(xué)家在干細(xì)胞研究的一項新突破走在世界前列。
干細(xì)胞移植的最新成果
復(fù)旦大學(xué)長江學(xué)者獎勵計劃特聘教授、威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校神經(jīng)生物學(xué)系終身教授張素春領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊，首次將人類胚胎干細(xì)胞成功地轉(zhuǎn)化成特定的神經(jīng)細(xì)胞， 并將轉(zhuǎn)化后的中間細(xì)胞注入到小鼠大腦中，使已喪失學(xué)習(xí)和記憶功能的小鼠恢復(fù)了學(xué)習(xí)和記憶能力。該成果第一次證明人類干細(xì)胞可以成功植入到大腦中，對治愈各 種神經(jīng)功能缺陷疾病有重大意義。目前這一突破性的研究成果已發(fā)表在最新一期的國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·生物技術(shù)》雜志上，引起世界同行高度關(guān)注。
不妨先回顧一下去年以來干細(xì)胞研究的最新進(jìn)展。根據(jù)一項新的研究，人類胚胎干細(xì)胞能夠自發(fā)地形成一種組織，其中這種組織能夠產(chǎn)生眼睛中讓我們看見東西的那一 部分。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《細(xì)胞·干細(xì)胞》期刊上。在未來，移植這種三維組織可能能夠幫助視力受損的病人清晰地看見東西。
在紐約，干細(xì)胞也 有新發(fā)現(xiàn)。紐約干細(xì)胞研究中心的研究者表示，人類的胚胎干細(xì)胞可以分化成骨組織用以進(jìn)行移植研究以及潛在的治療方法，這項研究刊登在2012年5月14日 的國際雜志《美國國家科學(xué)院院報》（PNAS）上，文章中，研究者第一次使用源于胚胎干細(xì)胞的骨祖細(xì)胞來大量生成緊湊的骨組織，用以修復(fù)幾厘米大小的缺陷。
2012年10月12日，瑞士研究人員在美國同事們的幫助下，成功地利用小鼠胚胎干細(xì)胞制造出甲狀腺組織。他們還發(fā)現(xiàn)將這種新產(chǎn)生的組 織移植到10只實驗小鼠的發(fā)生功能故障的甲狀腺之上，能夠讓其中9只小鼠的甲狀腺功能完全恢復(fù)。相關(guān)研究結(jié)果2012年10月刊登在《自然》期刊上。
匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員還證實：人類胚胎干細(xì)胞和人誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)可以被誘導(dǎo)成為精子前體細(xì)胞，這表明它未來可能用于恢復(fù)不育男性的生育能力，他們的研究結(jié)果將發(fā)表在《細(xì)胞報告》雜志上。
2012年9月，新加坡生物工程與納米技術(shù)研究所開展的一項研究利用人類胚胎干細(xì)胞生成樹突狀細(xì)胞來刺激免疫系統(tǒng)抗腫瘤，這種用以生成抗癌癥的治療性疫苗新方法，可能更為經(jīng)濟(jì)。
早在人們剛剛發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞的“萬能”潛能的時候，就已經(jīng)有很多科學(xué)家開始研究如何利用干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等在人體內(nèi)較難再生的細(xì)胞。這些研究的 進(jìn)展很快，以至于在2004年，美國就有了第一個成功實施了用自體干細(xì)胞修補(bǔ)受損心臟的患者。但由于利用干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)的心肌細(xì)胞純度較差，所以很難在臨 床推廣。在2013年5月即將出版的《生物材料》上，韓國科學(xué)家的研究成果為這一問題的解決帶來了希望，他們利用某種非血清介質(zhì)使從人胚胎干細(xì)胞分化的心 肌細(xì)胞純度增加，并成功應(yīng)用這種方法恢復(fù)了心梗小鼠的心臟功能。
干細(xì)胞怎樣修補(bǔ)頭腦
胚胎干細(xì)胞是指胚胎中一些具有發(fā)育成各種組織和器官能力的細(xì)胞，在醫(yī)學(xué)上具有巨大的應(yīng)用前景。這次，張素春團(tuán)隊首先利用化學(xué)方法將人類胚胎干細(xì)胞成功轉(zhuǎn)化成神經(jīng)細(xì)胞，然后將這些轉(zhuǎn)化后的中間細(xì)胞移植到小鼠大腦中。
神經(jīng)細(xì)胞，又稱神經(jīng)元，是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，每個神經(jīng)元只有一個軸突，可以把興奮從胞體傳送到另一個神經(jīng)元或其他組織。在移植過程中，確保 幾乎所有的移植細(xì)胞都成為神經(jīng)細(xì)胞至關(guān)重要，被移植細(xì)胞的純度必須非常高，且必須是被指定能夠完成特殊使命的細(xì)胞，因為如果不能確保所有移植細(xì)胞都成功 “轉(zhuǎn)變”成有用的神經(jīng)細(xì)胞，注入的早期中間細(xì)胞就可能“惡變”為腫瘤而導(dǎo)致研究失敗。為此，張素春科研團(tuán)隊通過“局部特化引導(dǎo)細(xì)胞法”，成功避免了小鼠體 內(nèi)不必要細(xì)胞類型的形成。
攻克了這一難題后，張素春科研團(tuán)隊選中了一種不會排斥其他物種移植物的特殊品種的小鼠，他們首先“蓄意破壞”了小 鼠大腦中掌管“學(xué)習(xí)和記憶”、被稱為“內(nèi)側(cè)隔核”的大腦區(qū)域的“線路”，使小鼠暫時喪失“學(xué)習(xí)和記憶”能力。張素春說，這一過程有點(diǎn)類似于拆除一段電話 線，以后如果你能找到正確的線路，需要時就能夠在任何時候把損壞的來自任何一頭的“斷線”接上。
于是，研究人員將細(xì)胞移植到了小鼠記憶回路 的另一端——大腦重要記憶中心海馬區(qū)內(nèi)。植入后的干細(xì)胞立刻形成兩種常見的、重要的神經(jīng)元類型，它們分別與大腦中“指揮”行為、情感、學(xué)習(xí)、記憶、成癮和 許多其他精神問題的化學(xué)物質(zhì)γ-氨基丁酸（簡稱GABA）或乙酰膽堿能神經(jīng)元進(jìn)行有效溝通，并響應(yīng)來自大腦的化學(xué)指令，開始特化并與海馬區(qū)中的適當(dāng)細(xì)胞相 連接。測試證實，這些接受干細(xì)胞移植后“連接”成功的小鼠，常規(guī)學(xué)習(xí)和記憶能力得到了有效恢復(fù)，評分明顯優(yōu)于那些依然喪失“學(xué)習(xí)和記憶”能力的小鼠，尤其 在“水迷宮”測試中，干細(xì)胞移植成功的小鼠對迷宮的設(shè)置記憶清晰，應(yīng)對自如，而對照組小鼠面臨迷宮則慌作一團(tuán)，不知所措。
干細(xì)胞移植研究的終極目標(biāo)是通過細(xì)胞替代來修復(fù)大腦損傷。張素春指出：“目前干細(xì)胞治療還不大可能立即產(chǎn)生效應(yīng)，因為許多精神疾病，你都不知道是大腦的哪部分出現(xiàn)了問題。新研究更有可能即刻應(yīng)用于構(gòu)建藥物篩查模型。”
3D打印干細(xì)胞出現(xiàn)
干細(xì)胞的醫(yī)用前景非常看好，但干細(xì)胞的來源卻是個問題。取得干細(xì)胞的途徑也往往充滿著爭議性，因為其中有一個來源為婦女墮胎后的嬰兒胚胎。
美國佐治亞理工學(xué)院助理教授阿倫·萊文說，遲遲拿不到或根本無法獲得人類胚胎干細(xì)胞可能正阻礙美國干細(xì)胞科學(xué)的發(fā)展。萊文利用網(wǎng)絡(luò)對在美國學(xué)術(shù)或非盈利機(jī)構(gòu) 工作的1400多名干細(xì)胞科學(xué)家提供了調(diào)查問卷，來自32個州的約400名科學(xué)家作出了回應(yīng)，其中205人表示會在研究中使用人類胚胎干細(xì)胞。調(diào)查結(jié)果顯 示，導(dǎo)致科學(xué)家難以獲得人類胚胎干細(xì)胞的主要原因有：難以獲得轉(zhuǎn)讓協(xié)議；無法獲得所在單位內(nèi)部監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)；干細(xì)胞擁有者不愿在研究中分享，以及聯(lián)邦政 策掣肘等。
2001年，美國時任總統(tǒng)布什上任伊始就對胚胎干細(xì)胞研究設(shè)限，規(guī)定聯(lián)邦資金僅準(zhǔn)許用于資助已經(jīng)存在的胚胎干細(xì)胞研究。現(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬2009年3月通過行政命令解除了上述限制，拓寬了可以用來研究的胚胎干細(xì)胞的渠道。
但近日英國科學(xué)家一項成功的3D打印技術(shù)可能會打破這一瓶頸。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，英國赫瑞瓦特大學(xué)和一家干細(xì)胞技術(shù)公司合作，開發(fā)出一種真空閥門式三維 （3D）打印技術(shù)，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細(xì)胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細(xì)胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能，打印結(jié)構(gòu)還能用于 藥物測試，加速改良測試過程。相關(guān)論文發(fā)表在2月5日出版的《生物制造》雜志上。
打印過程中的關(guān)鍵問題是可控性和減少傷害，這樣才能保證細(xì)胞與組織的發(fā)育能力和正常功能。人類胚胎干細(xì)胞來自胚胎早期階段產(chǎn)生的“干細(xì)胞系”，沒有明確的發(fā) 育方向，可以分化為人體內(nèi)任何類型的細(xì)胞。研究小組開發(fā)出了一種真空閥式細(xì)胞打印機(jī)，細(xì)胞被裝入打印機(jī)的兩個分離容器，然后按預(yù)先編好的程序，被統(tǒng)一打印 到一個盤子上。該打印機(jī)充分考慮了人類胚胎干細(xì)胞的敏感性和脆弱性，能打印出具有高度活性的細(xì)胞。
當(dāng)人類胚胎干細(xì)胞被打印出來以后，還要經(jīng)過多項測試，如檢測它們的活性，看其是否還能分化為不同類型細(xì)胞；檢測細(xì)胞的打印密度、特征屬性和分布情況，以此評價這種打印方法的精確性。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種真空閥門打印方式非常溫和，足以保持干細(xì)胞的發(fā)育能力，還能精確打出同樣大小的球體。更重要的是，打印出來的人類胚胎干細(xì)胞保持了它們的多能性，還能分化成其他類型的細(xì)胞。
