干细胞再生医学还有多远（干细胞与再生医学研究进展）

本文目录一览：

• 1、获得诺奖的诱导多能干细胞技术，离临床应用还有多远？
• 2、干细胞与再生医学前景
• 3、干细胞治疗，尚需突破“最后一公里”
• 4、干细胞技术在医学上的应用前景

获得诺奖的诱导多能干细胞技术，离临床应用还有多远？

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人生小哲理 干细胞者说

静下心来

潜心研究

我们将走的更远

正文

来源丨药明康德

2012年，诺贝尔生理学或医学奖授予了asce外泌体水光针会不会肿的简单介绍英国科学家John B. Gurdon先生和日本科学家Shinya Yamanaka博士，表彰他们将成熟细胞重编程，转化为可以分化为多种细胞类型的诱导多能干细胞（iPSC）方面的突破性研究。

自从在2006年被发现以来，iPSC被誉为能够为再生医学带来革命的发现。 12年已经过去了皮肤干细胞美容，它们的研究进展到了那个阶段呢？

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iPSC的最初临床试验

在2018年10月的一项外科手术中，京都大学（Kyoto University）的神经外科医生将240万细胞移植到一名帕金森病（PD）患者的大脑中。这些细胞是秋季如何护理皮肤由匿名捐献者的外周血细胞重新编程成为iPSC，然后再分化生成的多巴胺能前体细胞。研究人员希望它们能够局晌提高多巴胺水平，缓解患者的症状。

这项手术是临床医生们检测iPSC能否用于治疗疾病的最新尝试 。近几年来，日本的科学家们启动了几项临床研究，检验它们在治疗心脏疾病和视网膜黄斑变性方面的功效。而世界其它地方的研究人员在 探索 将这些细胞转化为治疗从子宫内膜异位到脊髓损伤等一系列疾病的疗法。这些临床研究的启动给人们带来希望，这项获得诺贝尔奖的科学发现终将开花结果，为患者带来创新疗法。

“我很高兴他们试图将这项技术推入临床期，因为iPSC领域需要证明这些细胞具备成为再生性疗法的潜力。”伊利诺伊大学芝加哥分校的Jalees Rehman博士说。然而，将这一技术推入临床的过程也暴露出开发疗法时需要面对的挑战。

目前，只有少数患者接受了基于iPSC的治疗。在2014年，一名患有黄斑变性的女性接受了从iPSC分化的视网膜细胞的移植，这些iPSC来自于她自身的细胞。虽然她的视力没有因为这一治疗得到显著改善，但是“ iPSC分化细胞的安全性得到了确认 ”，京都大学的Jun Takahashi（高桥淳）博士写道。他也是帮助将iPSC分化为多巴胺能前体细胞的干细胞生物学家，这些细胞被用于植入到PD患者大脑中。他的太太，RIKEN发育生物学中心的Masayo Takahashi（高桥政代）博士，生成了在这项临床试验中使用的视网膜细胞。

去年答喊，有5名患者使用iPSC分化的视网膜细胞治疗同样的眼科疾病，这些iPSC细胞是从其它捐献者中获得的。其中一名患者出现了对移植体的严重但不致命反应，迫使医生摘除移植体。

更多的临床试验即将开展。明年，心脏外科医生们计划将由iPSC分化形成的心肌细胞组织移植到3名心脏病患者的心脏中，Takahashi博士计划在2022年之前再治疗6位PD患者。这些研究都处于临床试验的最早期。“现在对我们的临床试验做出任何判断都为时过早。”Takahashi博士说。

在有些研究人员等待临床试验的结果来验证iPSC是否具有再生疗法潜力的同时，另外一些学者正在大幅度推动临床前研究，开发出更多使用它们治疗疾病的方法。例如，加州大学洛杉矶分校的干细胞生物学家April Pyle博士最近开发出一种可能用于治疗杜氏肌营养不良症（DMD）的疗法。这是一种由于编码抗肌萎缩蛋白的基因出现变异而导致的严重疾病。她和她的同事使用CRISPR-Cas9技术在人类iPSC中修复了产生突变的基因，然后将它们分化成为骨骼肌细胞，并且将这些细胞注射到抗肌萎缩蛋白缺失的小鼠肌肉中。“ 我们桐举锋能够在肌肉的局部区域恢复抗肌萎缩蛋白的表达。 ”她解释道。

“我认为这才是开始，”Pyle博士说：“我觉得我们终于将要看到以前辛勤工作带来的成果，在这些最初的临床试验之后将会有许多后续的临床试验。”

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克服进入临床研究面对的挑战

如今，研究人员已经找出将iPSC诱导分化成为大多数已知细胞类型的方法。但是 让这些细胞能够在新的组织环境中承担成熟细胞的功能是需要克服的另一个问题 。例如在心脏中，研究人员发现新的干细胞需要与其它细胞在电生理特征方面达成一致。在细胞培养环境下对人类iPSC分化的心肌细胞的研究表明，对这些细胞进行电刺激，让它们在发育的过程中产生收缩，会让细胞更快成熟，意味着它们可能更能够承担在体内需要面对的工作量。

如何整合新细胞，让它们能够在受伤或疾病组织中生存是另一个问题。“你需要一个特别的基质么？它是水溶胶，还是一个补丁，还是一个类器官？如何能够让这些细胞长期生存？”Rehman博士问道：“这是我们在所有器官中都会遇到的挑战。”

研究人员已经在使用猴子模型来评估移植过程的效率，Takahashi博士解释道。去年，他的团队证明， 在猴子模型中，人类iPSC分化的多巴胺能神经元能够稳定地整合到已有的大脑组织中，这些细胞能够生成多巴胺并且最终可以改善类似PD的症状 。

另一个移植iPSC生成组织的挑战是这些细胞可能触发癌症的风险。 这一风险一直存在，因为这些细胞是从增殖能力非常强的细胞中分化而来。为了预防这一风险，Takahashi博士和他的同事们对移植细胞进行严密筛选，过滤掉那些未分化，最可能过度增殖的细胞。同时他们会将这些细胞植入到小鼠身上，检测它们生成肿瘤的可能性。

然而，“我们无法完全消除肿瘤生成的可能性。” 庆应义塾大学（Keio University）的妇科教授Tetsuo Maruyama博士说。因此，他认为这些手术应该聚焦于非必需器官，例如眼睛或者子宫。他最近成功地从iPSC中分化出 健康 的子宫细胞，计划用这些细胞来研究子宫内膜异位的机理，并且生成人类子宫内膜在临床使用。

另一个研究人员经常关注的问题是患者在接受由其它供体产生的iPSC时需要使用免疫抑制药物。例如，Takahashi博士的PD患者在长达一年的时间里需要使用免疫抑制药物，这可能让他们抵抗感染和癌症的能力下降。虽然存在这样的风险，很多研究人员仍然选择使用同种异体的干细胞，主要原因是这一策略在扩大化生产时可以节省时间、成本、和人力。

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“即用”型iPSC的优势

开发“即用”型iPSC疗法对学术界和工业界都具有很大的吸引力。例如，澳大利亚的生物技术公司Cynata Therapeutics最近完成了一项1期临床研究，使用iPSC分化生成的间充质干细胞来治疗移植物抗宿主病（GVHD）。这种疾病在骨髓移植手术后发生，供体的免疫细胞认为受体细胞是外来物，并且对它们进行攻击，这往往会造成患者死亡。但是间充质干细胞可以分化成熟为一系列不同的细胞类型，抑制供体T细胞的增殖和激活，Cynata公司的产品开发副总裁Kilian Kelly博士说。

这项临床试验中，间充质干细胞通过静脉注射到15名GVHD患者体内，这些患者对类固醇疗法没有响应，预后情况非常糟糕。虽然现在评估疗效还为时过早，但是Kelly博士表示，他很高兴看到其中 14名患者的病情得到了显著改善 ，这是一个好兆头。更便捷的是，免疫排斥对间充质干细胞来说不是一个问题，因为它们不表达触发免疫排斥的特异性抗原。“这意味着我们可以使用从单一iPSC库中获取的细胞来治疗几乎所有人。”Kelly博士说。

这也是 多个机构在开发可以用来大规模开发再生疗法的iPS细胞库 的原因之一。例如，日本政府决定投资2.5亿美元来开发iPSC库存，帮助生物医学研究。捐献这些细胞的志愿者经过精心筛选，包括了不同种类的常见人类白细胞抗原（HLA）类型。这样，这些细胞和人群中的大多数人都具有免疫相容性。在进行移植时，患者可能只需要少量的免疫抑制。这是在使用患者特异性细胞和从随机供体中获得的细胞之间的折中方案。

综合来看， 这些细胞能够与日本人口中70%的人群免疫相容 。对于像美国这样的遗传背景复杂的国家来说可能更为困难，但是研究人员已经开始向这个方向努力。一家位于威斯康辛的名叫Fujifilm Cellular Dynamics的公司正在试图开发一个iPSC细胞库，它可以与大部分美国人口相匹配。

在这些努力继续进行的同时，世界各地的研究人员仍在研究将这些细胞应用于临床的细节。“我们离临床应用越接近，对需要解决的挑战的认知就越清晰，”Rehman博士说：“我认为这是科学发现非常正常的过程。”

参考资料：

[1] Increasing Number of iPS Cell Therapies Tested in Clinical Trials. Retrieved December 4, 2018,

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相关科普：

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干细胞者说

- 科普 情怀 责任 -

干细胞与再生医学前景

　在我们看过的很多科幻电影里都有这样的情节：主角身体受到严重创伤，在先进的医疗技术帮助下，主角身体的创伤以肉眼可见的速度痊愈，伤口也很快恢复如初。

在医学科技高速发展的今天，这种美好遐想正在逐步照进现实，而这一切，都源自于一项可以改变人类 自身命运和未来的科学—干细胞和再生医学。

美国生物学家、诺贝尔奖得主吉尔伯特曾预言：“用不了50年，人类将能够培育出人体所有器官。”随着干细胞、组织工程等李晌漏研究的不断深入，“再生医学”这门新型学科开始引领一场影响深远的医学革命。

生物科技的发展趋势如同一本被撕开的科幻小说，我们正生活在生物技术的现实与科幻差距日益缩小的世界里。

再生医学

人工骨骼、人工关节、人工心脏瓣膜、人造血管……再生医学在医学领域的科研、转化与应用正在向纵深方向发展，不断造福患者。再生医学是21世纪人类新型健康保健的先导，将可能治疗目前不能治疗的疾病，比如说糖尿病，嵴髓损伤，心急梗死，肝衰，肾衰，骨关节炎，骨质疏松等导致的组织和器官的损坏都可能通过再生医学技术获得治愈。

未来，人类将可以通过干细胞培养出来移植所需的器官，而等待器官配型以及排斥反应等很可能致命的情况将不复存在；又或者，生物假肢将会被直接连接到神经系统上，从而提供与真实触感极其相似的感官。

而以上技术都离不开干细胞的支持，干细胞科学是目前世界生命科学中最前沿、最尖端的科学之一，干细胞诱导分化与大规模制备等理论和技术不断取得突破，个体化医疗临床应用呈加速趋势；同时，干细胞技术与生物医用材料不断发展，有望实现受损组织或器官的永久康复。

干细胞

科学家们之所以看上了干细胞，是因其属于细胞中原始的、未（完全）分化的一类。干细胞既可以自我更新，也可以在适当条件下分化为特定的功能细胞，也就是说具有再生的“本领”。

基于对干细胞巨大价值的期望，干细胞研究政策境遇正在趋于宽松。禁令正在逐步取消。

干细谨毕胞技术在临床上的应用代表着未来医学发展的一大方向。自1969年多纳尔·托马斯完成第一例骨髓干细胞移植，此后数十年干细胞研究发展迅速。截至目前，虽然多数还处于临床试验阶段，干细胞治疗目前已在神经类、自身免疫疾病类、眼科类、心血管类等多个领域有较大的实质性突破。

与传统药物作用方式相比，干细胞作为载体的治疗药物，不仅可以避免消化道等其他身体系统的消耗，更可以按照病变程度，精简药量，减少化学药物对人体的损害，达哪烂到最佳效果。

尽管目前整个干细胞行业受到了国家较大力度的管控，但我们看到未来干细胞充满了无限可能。万变不离其宗，最后能够生存并得到大众认可的，一定是那些真正可靠的、有效的、安全的机构提供的干细胞技术。

干细胞治疗，尚需突破“最后一公里”

遵义医科大学附属医院医药生物技术研究所 肖建辉教授

生命起源于岁野告细胞,而干细胞是生命体不同类型细胞的起源细胞,素有“万能细胞”之称。生命体的组织器官均由干细胞生长、分化发育而来。生命的发生、发展过程均离不开干细胞,生命体的生长发育需要干细胞参与,生命体的衰老死亡也与干细胞的衰老、枯竭有关。因此,干细胞是揭示生命本质与规律、探讨疾病发生机制及药物筛选的最好研究模型。

干细胞主要来源于胚胎、胎盘及其附属物和成体组织。干细胞按其分化潜能可分为全能干细胞 ﻪﻪ、多能干细胞和专能干细胞;按其发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞,而成体干细胞可根据其组织来源分为造血干细胞、神经干细胞、骨髓间充质干细胞、肠上皮干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、羊膜干乎明细胞等。另外还有诱导性多能干细胞 ﻪﻪ(iPS),即通过病毒载体将特定干细胞转录因子导入终末分化体细胞发生细胞重编程,或直接用化学小分子诱导体细胞重编程,转变成iPS。

基于干细胞的自我更新及定向分化的独有生物学特性和功能,具有传统医疗所不具备的疗效,可直接用于替代病损组织细胞,起到修复重建的作用,且无二次伤害和副作用。近十年来,注册的干细胞临床研究多达数千项,覆盖140余种疾病,治疗了数万例患者。2020年以来,干细胞治疗新冠肺炎的临床研究开展的如火如荼,已成为不可或缺的创新疗法。

在干细胞领域,我国自“十一五”起做了重要战略部署。一方面,为推动我国干细胞产业的发展,在“十三五”开局之年,“干细胞及转化研究”被列入国家重点研发计划的首个试点专项,仅2016年至2018年期间拨款20亿人民币,使得我国干细胞基础与临床转化研究跨上一个前所未有的高度。新近, 科技 部为落实“十四五”期间国家 科技 创新有关部署,持续加大干细胞领域研发投入,2021年干细胞重点研发计划国拨经费达伍亿人民币。

另一方面,我国也积极从监管政策着手,制定出台了《干细胞临床研究管理办法》《干细胞脊圆制剂质量控制及临床前研究指导原则(试行)》《人源性干细胞及其衍生细胞治疗产品临床试验技术指导原则》等相关政策,明确“干细胞临床研究有限放开”、“细胞制品按药品管理”等举措,为推动我国干细胞医疗及干细胞产业快速 健康 发展保驾护航。目前,我国的干细胞领域研发的综合实力已跃居世界第二位,仅次于美国,在干细胞自我更新与定向分化机制、干细胞与组织器官发育调控、干细胞抗衰老等领域取得许多领跑国际的标志性成果。

间充质干细胞(MSC)是成体干细胞中重要的类群,具有归巢性、定向分化、免疫调节及组织修复再生能力强等优良的功能特性,并有低免疫原性、无致瘤性等安全特性。MSC规避了胚胎干细胞的强致瘤性和伦理问题,也不存在iPS的遗传风险和致瘤风险,是干细胞与再生医学领域最有潜力的细胞资源。而且从全球主要临床试验注册中心统计的数据看,MSC的确也是世界范围内临床应用研究的热点。

MSC来源于发育早期的中胚层和外胚层,具有多向分化潜能,可分化为骨、软骨、肌肉、神经、肝、心肌等多种细胞类型。MSC主要分布在结蹄组织、器官基质及其附属物中,譬如骨髓、脂肪、肌肉、胎盘、脐带、羊膜等组织。

MSC的应用方式多样,既可直接用于细胞移植治疗,亦可作为靶细胞用于基因治疗,或用作组织工程种子细胞。而且,还可取其细胞组分,如外泌体具有同等甚至更强的治疗效果。MSC治疗的疾病谱广,其在移植物抗宿主病、自身免疫性疾病、心脑血管病、肾病、肝病、骨病、自闭症及神经退行性疾病等的治疗方面有巨大临床应用价值。

2012年,世界上首个干细胞治疗药物prochymal获加拿大卫生部批准上市,用于治疗移植物抗宿主病,这是一种来源骨髓的MSC,但其在三期临床时宣布失败。目前,全球上市的干细胞产品(大多数也是MSC产品)有十余种,但至今尚未见大规模临床应用的成功案例。

面对MSC临床试验结果的不稳定及不断累积的失败案例,提示MSC临床转化道阻且长,这最关键的环节究竟在哪里?

我们必须意识到MSC等干细胞不同于传统的化学药物,首先MSC等干细胞最明显的特点是具有生命,受环境影响大,不可控因素多,均一性差,这将直接影响到MSC质量的稳定性、可控性。通常,为获取足够治疗数量的MSC,体外扩增是不可或缺的环节,而体外扩增过程存在易老化、异质性和多样性等影响细胞质量、限制临床应用重要瓶颈问题,是干细胞与再生医学领域前沿亟待突破的难点;其次,MSC等干细胞移植后的分布代谢、作用方式和途径有别于传统化学药物,归巢、存活、定植和更新能力直接影响到疗效。因此,细胞质量和治疗方案直接关系到MSC的疗效,其中细胞质量是困扰MSC临床转化的源头性、根本性和基础性的科学问题。

当前,围绕干细胞的细胞质量和治疗方案,国内外干细胞研究团队正在积极 探索 新方法新策略。我们团队以围产期人羊膜MSC为研究对象,构建干细胞衰老模型,从化学遗传学和免疫学视角,清除衰老细胞,甚至逆转衰老细胞,促进人羊膜MSC增殖能力,并调控维持乃至增进其自我更新、免疫调节、多向分化和迁移归巢等生物学特性,实现人羊膜MSC赋能的新途径。同时也创建了鸡尾法移植治疗糖尿病、骨性关节炎、骨质疏松等免疫性和退行性疾病模型的新策略。

总之,干细胞临床应用前景广阔,有望惠及广大难治性疾病患者。但是,干细胞治疗技术真正成为医疗行业颠覆性新技术,尚需突破实验室到病房“最后一公里”。

干细胞技术在医学上的应用前景

干细

胞即起源细胞，是指尚未发育成熟的细胞，它具有多分化潜能和自我复制的功

能。在特定条件下，可以分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官。医学界

期望能够用干细胞来修复那些坏损组织或器官，因此称其为“万能细胞”。干细

胞技术作为一种新兴的医疗技术，正逐渐展现出其诱人魅力，市场应用前景非常

广阔。

干细胞研究的重大突破在于：１９９８年，美国威斯康星大学的科学家成功

地在体外培养和扩增了人体胚胎干细胞，为利用干细胞治疗疾病提供了细胞来

源；１９９９年，美国科学家发现小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”

为血液细胞。随后科学家证实并发现，人类成体干细胞具有可塑性，为干细胞的

临床应用拓展了更为广阔的空间。

１９９９年，美国《科学》杂志推举干细胞为２１世纪最重要的十项研究领

域之一，且位居第一，领先于家喻户晓的“人类基因组测序”。２０００年，干

细胞再度入选《科学》评选的十大科技成就。２００１年年底《科学》又将其置

于２００２年值得关注的六大热门科技领域之首。

通过干细胞研究，人们相信，绝大多数疾病，包括神经性疾病、糖尿病、慢

性心脏疾病、肾脏病、肝脏疾病、癌症和艾滋病等，都可望借助干细胞技术得到

康复。同时利用干细胞及其产物细胞，还可以结合基因治疗、组织工程及药物开

发等进行医疗或研究应用。

骨髓移植手术可说是干细胞应用的一种，骨髓接受者先经化学及放射线治疗

后，再移植捐赠的骨髓，其中所含的干细胞，将会分裂分化，再重新组成骨髓内

的各种血液细胞，达到治疗的目的。

干细胞除了直接使用之外，将来还可能配合基因修饰，提供原有干细胞不具

备的功能，或是运用培养技术，使其成为人造器官组织的来源。目前器官移植来

源有限，因此干细胞的潜力备受期待。另外，利用人类干细胞或其衍生的组织、

器官测试各种药物的药效、毒理特性，也会比用其他动物更能反映人体状况，可

能发展成为一种新的药物筛选模式。

干细胞应用于临床治疗，最大的挑战在于稳定的细胞来源、足够的移植细胞

量，以及能维持细胞活性的保存技术。目前干细胞的分离、纯化与收集技术，可

说是取得治疗材料的关键，而生物体外细胞工程与选殖、细宴档胞株的增生培养，以

及治疗产品的制造，也都是此一治疗所需的重要相关技术。英国胚胎干细胞库的

建立将为提供干细胞来源作出贡献。

目前虽然干细胞产业仍处在萌芽阶段，但其应用前景十分广阔，蕴藏着巨大

商机。据估计，２００１年干细胞治疗相关市场值约为３．３亿美元，２００２

年则有４．５亿美元，今后年平均增长率约在３０％左右，将于２００７年达到

１９亿美元。

包括禅笑美国、英国、德国、瑞典、以色列、澳大利亚、新加坡、日本、中国大

陆、韩国以及中国台湾地区等，均正积极进行干细胞治疗的研究，并取得了可喜

成果。

皮肤组织修复目前在组织工程中发展最快速，其相关产品为第一个取得美国

食品和药物管理局的批准并上市，人工皮肤可用来治疗皮肤溃疡、烧烫伤、手术

及美容等，目前所取的细胞来源有来自新生儿的包皮、或者病人本身的毛囊，上

市产品如AdvancedTissueSciences公司的Dermagraft-TC、Organogenesis公司

的Apligraf及瑞士公司ModexTherapeutics的EpiDexTM等。

硬骨再生的研发目前也非常炽热，主要分三个技术层：合成移植物、脱矿骨

基质（demineralizedbonematrix；可用来做骨组织工程所需的三度空间支

架）、及促进骨生成的蛋白质（bonemorphogenicproteins）。

日本信州大学医学系佐佐木克典教授领导的研究小组，最近利用从美国威斯

康星大学进口的人体胚胎干细胞，经过一年多的努力，用１００个人体胚胎干细

胞成功制成了８个能在培养皿中搏动的心肌细胞，其成功率高于美国研究小组。

这在日本国内还是第一次。

日本庆应大学医学系冈野荣之教授领导的研究小组，最近用老鼠胚胎干细胞

生成因早老性痴呆症而丧失的脑神经细胞获得成功。据称，如果能使这种细胞增

殖，并提高其记忆机能，早老性痴呆症则有望治愈。

整体来看，干细胞治疗现在仍受限于安全性及其治疗效果，还没有普遍应

用。若要利用干细胞进行研究与产品开发，仍需要熟悉细胞培养，了解细胞分化

机制，这有赖广泛的科学研究来提供相关理论基础。目前，越来贺祥含越多的研究确

认，多能成体干细胞具有高度应用价值。将来也许能避开胚胎干细胞研究引起的

伦理争论，并应用于细胞疗法、组织工程以及再生医学，带动干细胞产业的发

展