Nature特刊:再生医学如何让你满血复活

日期: 2016年12月09日


    

[摘要]再生医学是一系列大胆的技术和技术的集合,其目的是恢复我们的生理状态,让其类似于原始的状况。再生医学的历史可追溯到古代,但近年来变得更有效。详情阅读原文:

 

Nature特刊

Nature特刊(图片来源于网络仅供参考)

 

我们的身体是不断磨损的:细胞失去了他们的生物学途径、组织变薄和撕裂、出现创伤、器官停止功能等等,让我们因此而生病或残疾。这一直是我们的命运。

 

再生医学是一系列大胆的技术和技术的集合,其目的是恢复我们的生理状态,让其类似于原始的状况。再生医学的历史可追溯到古代,但近年来变得更有效。例如,3D打印机打印的组织和器官,在某些情况下可以和原来的功能一样。中枢神经系统已被证明是非常难以修复的,科学家希望干细胞研究的进展最终可能让脊髓损伤的人恢复神经流通性。不用药物,就用细胞来治疗如1型糖尿病这样的慢性疾病的潜能,已经让人们非常兴奋。再生医学的研究人员也从动物世界获取线索:比如蝾螈的物种有能力重新长出四肢。了解这种能力背后的细胞机制也许会导致可以在人类中起作用的技术。事实上,科学家认为如果再生医学继续发展下去,研究人员将需要在仿真领域和与自然的系统一起工作方面进行更好的研究。

 

这些疗法的产生带来了如何规范他们的问题。如雨后春笋般的诊所在可怕的条件下提供可疑的以干细胞为基础的治疗;政策制定者正制定规则,促进对还没有绝望的病人的有效治疗。

 

此特刊分别有7篇综述,从再生医学的历史、前景、存在问题都进行了方方面面的阐述,也介绍了3D打印、细胞治疗在这个领域的应用。我们就在下文对这7篇综述的主要内容分别进行介绍:

 

1、Timeline: Regrowing the body

 

人工诱导多能干细胞

(图片来源于网络仅供参考)

 

按时间顺序介绍了再生医学发展道路上的里程碑事件:从公元前600年第一部外科教科书所记录印度的外科医生用脸颊的皮肤修补撕裂的耳垂等,到近代组织培养和干细胞分离培养的进展,2006年山中伸弥发现人工诱导多能干细胞(iPS)避免了胚胎干细胞的伦理问题,2010年第一个接受胚胎干细胞治疗的人是一个脊髓损伤的人,2015年干细胞第一次市场化是欧洲委员会批准用Holoclar来治疗患有严重受损的角膜等等。

 

2、Neuroscience: New nerves for old

 

干细胞疗法

(图片来源于网络仅供参考)

 

该综述介绍了干细胞疗法有望让中风或脊髓损伤后丧失的运动功能恢复,但神经学家对于这方面的研究推进非常小心谨慎。

 

中风的2013年Sonia Olea Coont参加了一个小型的临床试验,在中风部位注射干细胞让她不再使用轮椅。但该领域仍处于萌芽状态,人们对干细胞以及到底在中风和脊髓损伤后发生了什么都知之甚少。干细胞疗法在动物的大脑和脊髓损伤修复中表现出巨大的希望,但动物模型的行为往往不同于人类神经系统,例如,损伤的大鼠脊髓损伤的愈合比在人类更容易。到目前为止,神经再生细胞治疗只是偶有轶事般地有成功例子,让投资者和病人失望了。临床前研究表明,细胞无法整合到大脑,大多数12个月死亡。相反,细胞似乎分泌生长因子,鼓励新的神经元和血管的形成,并促进神经元之间的突触联系。这也许能解释临床上成功的例子。

 

3、Perspective: Work with, not against,biology

 

技术上的发展已经超出我们对器官发育和损伤恢复的理解,这是需要重新审视的时刻。

 

从上世纪开始的实验室工程组织和器官的研究还未能纳入临床实践。这是由于缺乏有效的血管、淋巴管和神经网络,也没有考虑细胞的微环境,外加免疫系统的排斥。这些困难并不是不能克服的,现在是时候把跨学科的同事的力量结合起来。在蝾螈肢体再生中,先天免疫系统起了积极的作用,这对研究者是很好的启示——将身体作为最终的生物反应器,而不是试图重建器官或组织。

 

4、Technology: The promise of printing

 

3D打印机打印

(图片来源于网络仅供参考)

 

一个组织模型正用3D打印机打印

 

3D打印可以按精心设计的形状来生产活组织,用来修复或替换身体受损的部位,比如骨和软骨。研究人员正在开发皮肤、比如视网膜的神经系统组织,甚至肾脏或心脏的器官。

 

3D打印是工程界的奇迹。生物版的3D打印使用了很多技术来调整适应活细胞。通常细胞被包含在柔软的、果冻状的水凝胶中,足以在一段时间保持它们的形状,也可以像打印机墨水中的颜料微粒一样悬浮在溶液里。生物打印的软骨被证明是优于用于膝关节置换的塑料和钛。耳形软骨可能是第一个生物打印组织的临床应用。

 

5、Animal models: Unlock your inner salamander

 

蝾螈

(图片来源于网络仅供参考)

 

有些动物能够轻易地重新长出身体的部分,生物学家们希望找出它们的秘密并实施到人类上。

 

蝾螈可以再生出失去肢体的完美原始副本,并没有任何疤痕组织形成,但对小鼠来说确实毁灭性的。动物肢体和器官再生能力的起源是不确定的。一种可能性是,作为哺乳动物进化出了更复杂的免疫系统,它们进化出了一种创伤反应,有助于保护其免受感染。一个受伤的动物必须在快速愈合与缓慢的再生反应之间的进行“选择”。有科学家认为可能只是将一个开关转回去。人类,特别是在生命的早期,有有限的修复能力,这表明一些再生的遗传程序存在于哺乳动物,但在发育过程中被关闭。为了实现人类的再生,科学家在蝾螈和其它有再生能力的动物中研究识别再生的开关。在人类和小鼠中,随着年龄的增加指甲的生长能力减弱,科学家们已经了发现了该过程中什么基因控制信号蛋白,证明加入信号蛋白可以提高哺乳动物的再生能力。

 

6、Diabetes: Encapsulating the problem

 

治疗1型糖尿病

(图片来源于网络仅供参考)

 

如果免疫系统不“挡道”的话,细胞疗法能够治疗1型糖尿病。

 

因为细胞来自无关的捐助者,为了防止胰岛的排斥患者必须终身服用免疫抑制药物。但这些药物有严重的副作用。梦想是能够建立某种免疫隔离装置。最流行的将β细胞包装在胶囊材料移植的材料是一种叫alginate的海藻提取物。研究人员发现一个品种的triazole–thiomorpholine dioxide alginate被免疫系统完全无视。哈佛干细胞研究所已经成功地用超级海藻酸钠球移植猕猴,让它存活了6个月。

 

7、Regulation: Rewriting the regenerativerulebook

 

干细胞治疗机构

(图片来源于网络仅供参考)

 

人们渴望提供干细胞治疗机构的信息,但很多诊所都是不规范的暗地操作。今天,美国干细胞事业正在蓬勃发展。FDA对干细胞治疗的方法采取强硬措施,规定所需的药品和器械需要同样严格的测试程序,但这并没有阻止干细胞临床产业增长。间充质干细胞(骨髓间充质干细胞)可以收集从病人的骨髓或脂肪组织,或从供体组织,包括胎盘和脐带。这些成人干细胞的管理方法和疗效目前是争议的中心。

 

备注:原文转自生物探索《Nature特刊:再生医学如何让你满血复活》由"赛业(www.cyagen.com)"整理发布

 

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