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细胞编程编辑本段回目录

10月8日,英国科学家约翰·格登和日本科学家山中伸弥因为“发现成熟细胞可以被重新编程为多功能干细胞”而获得诺贝尔奖。他们的研究成果彻底颠覆了人类对细胞和生物体发展的认识,未来,人们将可能从自己身上采集细胞为自己治病,不停更新自己,在另一个意义上实现“返老还童”。

细胞编程:控制你的身体
细胞编程:控制你的身体
细胞编程:控制你的身体
细胞编程:控制你的身体
细胞编程:控制你的身体

  10月8日,英国科学家约翰·格登和日本科学家山中伸弥因为“发现成熟细胞可以被重新编程为多功能干细胞”而获得诺贝尔奖。他们的研究成果彻底颠覆了人类对细胞和生物体发展的认识,未来,人们将可能从自己身上采集细胞为自己治病,不停更新自己,在另一个意义上实现“返老还童”。

    在未来,因器官移植而导致的器官买卖或许将会绝迹,人们将可能从自己身上采集细胞为自己治病,不停地更新自己,在另一个意义上实现“返老还童”。

    今年10月8日,英国科学家约翰·格登和日本科学家山中伸弥因为“发现成熟细胞可以被重新编程为多功能干细胞”而获得诺贝尔奖。

    他们的研究成果彻底颠覆了人类对细胞和生物体发展的认识。以前,人们认为细胞分化的过程就像时光无法倒流一样,不可逆转。现在发现,并非如此。

    细胞程序的重新编程,是近年来最受关注的生物学进展之一,被《科学》杂志评为 2008 年十大科学突破之首。它指的是已经分化的体细胞,经过特定条件改造,能被逆转成诱导多功能干细胞(iPS)。这种细胞和原始胚胎状态中未分化之前的细胞十分相似,虽然它还不具备发育成新生命体的能力,但却能发育成相应的人体组织和器官。

    科学发现告诉我们,我们的皮肤细胞,也拥有如何变成肝脏的记忆,只不过被锁住了,用几个密码激活它,它就能开始重新编程,分化成一颗全新肝脏。

    终结干细胞伦理争议

    1962年,约翰·格登做了一项实验,他将一个未成熟的青蛙卵细胞的细胞核,用一个成熟的肠道细胞的细胞核进行替换。这个被改造过的卵细胞后来发育成了一只正常的蝌蚪。这一实验证明,一个成熟细胞中的 DNA 仍然储存有让一颗细胞发育成一只完整青蛙的所有信息。

    这些开创性的研究彻底颠覆了人们原先对于细胞发育和特化的认识。正是在他研究的基础上,人们开始尝试哺乳动物的克隆。

    一个人从受精卵开始发育,受精卵刚刚开始分裂细胞,此时的胚胎由未成熟细胞组成,每一个未成熟细胞都能发展成为成熟肌体里所有的细胞类型,它们被称为多功能干细胞。

    随着胚胎的发育,这些细胞进一步发育成神经细胞、肌肉细胞、肝细胞、皮肤细胞等在人体内承担不同功能。

    在这个过程中,干细胞承担着重要功能。它最神奇的特点就是无所无能。它拥有所有细胞最基本的结构,没人知道它接下去会变成什么细胞——直到它们被输送到合适的生物环境中,它们才开始分化成有具体功能的细胞。但因为干细胞的神奇功能,科学家们希望,如果能取得干细胞,并用它培植需要的人体器官和组织,许多疾病都有希望治愈。

    1998 年,威斯康辛大学的科学家詹姆士·汤姆森从人类胚胎中分离出多功能干细胞,它们能够在不同条件下长成为皮肤、神经细胞、肝脏细胞、胰腺细胞等。这项实验让人们兴奋也恐惧。理论上,人们已经可以随心所欲制造出人体任何一个部分的组织了。但从胚胎中分离干细胞意味着杀死胚胎,会引发伦理争议。后来,随着克隆术的发展,用一个病人的皮肤细胞,注射入一个未受精的人类卵子,就能克隆出人体胚胎,从而开发出具有科学价值的干细胞。这些干细胞能发育成病人需要替代的器官或组织。

    这些新组织是自体细胞发展而来,有病人自己的基因,不会被免疫系统排斥。但人类的卵子是有限的,使用卵子的细胞核移植在伦理上争议更大,“克隆人再杀死用来治病”,这听起来多么耸人听闻啊!

    于是,科学界一直希望找到一种新的方法,能够不损坏胚胎提取干细胞或者找到将成熟细胞转化为干细胞的方法。

    2006年,山中伸弥通过实验证明了这一点。他通过在老鼠的皮肤细胞里注入 4 种特定的基因,成功将皮肤细胞转变为多功能干细胞(iPS)。两年前,他确定了24种可能参与成熟细胞转变为干细胞过程的基因,最终他从 24 种基因里筛选出最重要的4种,并将其命名为“山中因子”。2007 年,他用同样的办法将人的皮肤细胞改造为多功能干细胞(iPS)。

    研究结果刚出来时,科学界十分兴奋。它彻底避免了从人体胚胎提取干细胞的伦理问题,此前的干细胞研究因此惹来许多争议,进展缓慢。

  控制身体

    在山中发布自己的研究成果仅仅数月之后,雅各布·汉纳就将这种新型细胞应用于镰刀型贫血小鼠模型的治疗研究中。他是一位剑桥白头研究所的科学家,一直致力于干细胞研究。他从小鼠身上取下皮肤细胞,对其重新编程处理成 iPS 细胞。接着他修正这些 iPS 细胞的镰刀型贫血遗传缺陷,并刺激它们分化发育成能够制造小鼠红细胞的骨髓干细胞。最后,这些健康的骨髓干细胞重新移植入小鼠体内,其体内免疫系统也认同这些移植细胞是小鼠自身的组织,并未对它们产生免疫排斥反应。而接受了移植的小鼠也因此能够依靠自身的造血系统产生健康的红细胞。

    他的研究,展示了使用自体干细胞治疗疾病的潜力。但是应用到人体治疗,还有不少问题,不如细胞重新编程的过程,有癌变的风险,此外目前这种技术的成功率不高,无法大规模生产。对于一些罕见的疾病,如渐冻人症(肌萎缩性脊髓侧索硬化症)和帕金森病,未来患者将可能用自身细胞来医治自己。

    今年8月,英国伦敦帝国学院的研究人员将人体皮肤细胞重新编程为干细胞,首次在体外成功培育出人造功能性血管。他们发现,在细胞重新编程成功后,仅仅四天就能形成血管一类的细胞。并且,他们观察到将获得的干细胞植入动物体内能形成血管。这意味着,未来,既可以利用经过重新编程的细胞在体外培育出人造血管植入体内,取代堵塞或损坏的血管,也可以将那些细胞注入人的腿部或者心脏,恢复局部的血液流动。这项新技术将有望被用于治疗心脏病。

    另一些科学家发现,只要编程的方式不一样,细胞不一定非要逆转到胚胎期的多功能干细胞,而是可以直接转化为特定干细胞,甚至另一种成体细胞。有一个研究团队在小鼠体内将外分泌胰腺细胞,直接诱导为另外一种可以产生胰岛素的细胞。

    今年6月,加州旧金山分校的一组研究人员,在试验室内给小鼠和人体皮肤细胞成功培育出早期大脑干细胞。随后,这种“诱导神经干细胞”开始自我更新、成熟,最终成为能够传导电信号的神经细胞。这些细胞生成神经网后,研究人员把这张神经网植入试验老鼠的大脑,发现能够正常发挥作用。

    他们只植入一个基因 Sox2,直接将一种细胞变为另一种,相比将细胞调整到多功能干细胞状态,这种方式更稳定,患癌症风险更低。

    现在,科学家们还在研究细胞能够被重新编程的机理,以及努力让这个过程更加安全可控有效率。未来的病人或许能用他们自己的健康细胞来治疗疾病,因为某种疾病导致的英年早逝或许可以避免,真正意义上的长生不老仍是个童话。30 岁的身体能换上30岁的零件,60 岁的身体只能换上 60 岁的零件,身体像是一台搭载着智能操作系统的计算机,尽管它携带着良好运行时的还原点,最终会因时间而不堪重负。

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