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將細胞重程式設計使其具有與胚胎細胞相同能力的行為,顯然會導致異常細胞出現異常衰老和死亡,這表明要證明此類細胞真的像胚胎幹細胞一樣,並能在治療中找到用途,還有很長的路要走。
胚胎幹細胞是多能的,能夠產生所有細胞型別,並能儲存更多胚胎組織。為了避免圍繞這些細胞的爭議,世界各地的科學家都在探索對成熟細胞進行重程式設計,使其同樣具有效力,希望這種誘導多能幹細胞 (iPS) 有朝一日能夠幫助替換患病或受損的組織。人類 iPS 細胞向特定組織型別(如心臟、神經元、肝臟、胰腺和眼睛)的受控分化正在取得快速進展。
“你在媒體和科學界聽到所有關於 iPS 細胞 與胚胎幹細胞完全相同,它們可以透過消除對胚胎的需求來解決所有爭議的對話,”馬薩諸塞州伍斯特市高階細胞技術公司的首席科學官、幹細胞科學家羅伯特·蘭扎說。“人們對 iPS 細胞充滿興奮,但沒有人想聽到問題。”
蘭扎和他的同事研究了來自 8 個人類 iPS 細胞系和 25 個胚胎幹細胞系的一系列細胞型別。他們最初發現,人類 iPS 細胞確實可以產生具有類似於胚胎幹細胞的血管、血細胞前體和視網膜細胞,儘管效率明顯降低。
然而,進一步的研究表明,來自 iPS 細胞的細胞比來自胚胎幹細胞的細胞具有明顯更高的細胞死亡率或細胞凋亡。此外,雖然形成的血管細胞也可以形成毛細血管樣結構,但它們和視網膜細胞都會過早老化,失去分裂能力。
此外,雖然來自胚胎幹細胞的細胞在增殖方面表現出色——如果人們想為臨床應用培養足夠數量的細胞,這可能是一個關鍵特徵——但來自 iPS 細胞系的細胞則要弱得多。“這不僅僅是小小的差異,而是高達 1,000 到 5,000 倍的活動量差異,相當於沒有足夠的細胞來塗抹筆尖到足以填滿整個試管的細胞的差異,”蘭扎說。
“我們發現這一點時感到非常沮喪,”蘭扎補充道。他指出,他的公司原計劃今年向美國食品和藥物管理局申請在臨床試驗中使用來自 iPS 細胞的紅細胞和血小板,但“在這一點上,這些細胞的治療方法還需要數年時間。”
此前有研究表明 iPS 細胞容易形成癌症,因此人們已經對在療法中使用 iPS 細胞感到擔憂。“我們的研究結果表明,iPS 細胞的問題不僅僅涉及一兩個或少數幾個異常的 iPS 細胞逃逸到體內並形成腫瘤,而是整個細胞群都被搞砸了,”蘭扎說。
儘管目前還沒有涉及 iPS 細胞療法的臨床試驗,但研究人員目前正在對它們進行藥物測試。“我們的結果表明,如果這些實驗中的細胞正在衰老併發生細胞凋亡,那麼我們從中得出的任何結論可能並不適用於正在對它們進行測試的藥物,而是適用於細胞的來源方式,”蘭扎說。
iPS 細胞中出現的異常可能與用於製造它們的病毒有關。研究人員未發表的結果暗示,透過無病毒重程式設計策略(例如使用蛋白質或小分子藥物的策略)製造的 iPS 細胞中,發現的異常現象明顯較少。“最明顯的解釋是,你不能用病毒切割 DNA 而不期待後果,”蘭扎說。他和他的同事在 2 月 11 日的《幹細胞》雜誌上線上詳細介紹了他們的發現。
“這表明 iPS 細胞有很多問題,但這並不意味著它們沒有潛力——只是目前的製造方法不能實現,”北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆市維克森林大學浸信會醫療中心再生醫學研究所所長、組織工程師安東尼·阿塔拉說。“這是一個可以解決的問題,但看起來應該避開那些不進行細胞基因改造的方法。”
加利福尼亞大學舊金山分校 (U.C.S.F.) 醫學院的細胞和幹細胞生物學家奧爾加·根巴切夫指出,未來的研究不僅應比較胚胎幹細胞、iPS 細胞和成人幹細胞的分化方式,還應關注這些細胞移植後所處的微環境對它們的特性(包括突變成癌細胞的傾向)產生的影響。“這項研究的主要障礙是時間:我們需要時間和協調一致的國際努力,”她說。
“我們不應該對這些結果感到沮喪和絕望,而應該認為它們指引我們去解決必須解決的問題,”U.C.S.F. 的發育和幹細胞生物學家蘇珊·費舍爾評論道。“例如,這些細胞會過早衰老。好吧,有很多控制衰老的主要途徑。我們希望研究這些途徑,瞭解這些 iPS 細胞中發生了什麼,看看我們是否可以修復它們。”