發(fā)布日期：2016-07-27

近日，日本大阪大學(xué)研究人員在世界上首次成功利用人體細(xì)胞培育出角膜、晶體和視網(wǎng)膜等眼部組織，該成果發(fā)表在著名科學(xué)雜志《自然》上。這項(xiàng)研究將幫助醫(yī)學(xué)工作者利用患者自身細(xì)胞培養(yǎng)而成的誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞（iPS）重建眼部的角膜上皮組織，讓患者重見光明。與傳統(tǒng)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(fā)生異體移植排異反應(yīng)。

神奇的iPS

早在2007年，日本科學(xué)家山中彌伸就通過轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)，讓高度分化人體成體細(xì)胞“返老還童”，重新變成分化能力的干細(xì)胞，也因此獲得2012年的諾貝爾獎。這種由成體細(xì)胞“逆生長”而成的干細(xì)胞被稱為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞。誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞不但具有和胚胎干細(xì)胞一樣的分化潛力，而且與胚胎干細(xì)胞相比，來源更為廣泛，更加容易獲得。從誕生之初，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞就成為世界科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。

經(jīng)過誘導(dǎo)和培養(yǎng)，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞可以分化為各種細(xì)胞和組織，甚至發(fā)育為一個(gè)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(xì)胞培養(yǎng)而成的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，由于是同源細(xì)胞，培養(yǎng)得到的新組織、器官移植到患者體內(nèi)，不會引起異體移植排異反應(yīng)，是器官移植的理想來源。到目前為止，科學(xué)家已經(jīng)利用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)出肝臟細(xì)胞、心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、造血干細(xì)胞等，使誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用有望成為現(xiàn)實(shí)。2009年，中科院首次利用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)出活體小鼠，證明了誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞具有與受精卵一樣的全能分化能力。

然而，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞并不是百分百安全的。這種細(xì)胞在臨床應(yīng)用時(shí)，雖然不會造成排異反應(yīng)，卻有分化為腫瘤細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)。到目前為止，科學(xué)技術(shù)仍不能完全控制誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞向腫瘤分化的風(fēng)險(xiǎn)。這也讓誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的臨床應(yīng)用前景蒙上了一層陰影。

但是，科學(xué)家和志愿者們并沒有因噎廢食，畢竟這項(xiàng)新技術(shù)有可能挽救成千上萬的病人。2014年，日本科學(xué)家首次將誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)成的視網(wǎng)膜移植到一位眼病患者體內(nèi)，這是世界上首例誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的臨床應(yīng)用。

技術(shù)難度大

眼睛的構(gòu)造極其復(fù)雜精細(xì)，角膜、視網(wǎng)膜、結(jié)膜、晶狀體，任何一個(gè)組織的病變都可能導(dǎo)致眼睛失明。而來源于遺體捐獻(xiàn)的角膜極其有限。利用干細(xì)胞培養(yǎng)眼部組織，成了專家們關(guān)注的問題。然而把干細(xì)胞誘導(dǎo)為復(fù)雜的眼部組織，技術(shù)難度大，一直是個(gè)科學(xué)上的難題。

直到2007年，日本首次從成人的角膜上皮提取成體干細(xì)胞，利用這種干細(xì)胞培養(yǎng)出角膜和結(jié)膜組織。這個(gè)歷史性的成就，預(yù)示著干細(xì)胞技術(shù)將在眼部疾病的臨床治療上大顯身手。然而，這種成體干細(xì)胞數(shù)目稀少，分化潛力不強(qiáng)，在臨床上應(yīng)用范圍很窄。

2014年，美國霍普金斯大學(xué)的研究人員首次利用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)出具有感光能力的立體視網(wǎng)膜組織。這是誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞首次被誘導(dǎo)為人體眼部組織。研究帶頭人、約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的眼科學(xué)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(wǎng)膜疾病的病患者體內(nèi)提取細(xì)胞，并將其轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞，培養(yǎng)出多個(gè)視網(wǎng)膜。實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出的視網(wǎng)膜組織，將取代患者病變或者死亡的視網(wǎng)膜組織，從而使患者恢復(fù)視力。

重塑角膜

在日本大阪大學(xué)發(fā)表的最新研究中，研究人員將誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)成含有角膜、晶體和視網(wǎng)膜的組織，并從中分離出角膜組織。他們把培養(yǎng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在過去的研究中，研究人員只能把誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)為眼球的后半部分（比如視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞等）；而本次研究中，研究人員經(jīng)過誘導(dǎo)，使誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞成功分化為眼球的前半部分（比如角質(zhì)層和晶狀體等）和后半部分（比如視網(wǎng)膜和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞等），這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)屬世界首次。

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞應(yīng)用于培養(yǎng)人工角膜，有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。首先，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞源于患者自身細(xì)胞，不容易引發(fā)異體移植排異反應(yīng)；其次，雖然誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞可能產(chǎn)生腫瘤細(xì)胞，但角膜中沒有血管，內(nèi)部環(huán)境不適合腫瘤細(xì)胞生存，所以誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞培養(yǎng)而成的角膜產(chǎn)生腫瘤的可能性非常低，非常適用于角膜移植。

取得這個(gè)鼓舞人心的結(jié)果后，該研究小組表示，他們將于2016年度底前后向大阪大學(xué)倫理委員會申請實(shí)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(rèn)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(bǔ)充了捐贈角膜來源的不足，讓更多患者重見光明。在兩年時(shí)間內(nèi)，這種人造角膜有望移植給患者。

來源：科學(xué)