iPS细胞：要来一条再生的胳膊吗？

科普中国-科普中国融合创作 2017-07-17

出品：科普中国

　　制作：大阪大学张昊

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　在越来越多的科幻电影中我们都见到肢体再生技术，虽然从现代医学的角度来讲实现仍然有一定的难度，但是若真的有一天，我们遭遇不幸也不必担心也不用担心终生残疾，这不是很幸运？

影片中再生肢体的画面（来源网络）

　　那么今天我们就讲讲细胞再生，或者咱们可以用更加高大上的说法，再生医学。跟可以一分为二的蚯蚓不同，人类自身的组织或者器官缺乏严重受损后重新再生的能力，这种能力归根结底是一种细胞的全能分化能力，在人类的胚胎发育阶段，各个身体部分就已经完成了原始的构建。

　　不过人类对于自身再生能力的认知可谓是相当清醒的。古代有歃血为盟，结拜之前壮士用利刃划开自己手掌，滴血入酒，以示永不背叛。虽然当时诸位壮士可能要忍下一时的痛楚，不过没多少天伤口就能愈合的不留疤痕，这说明了人类的机体还是有一定的再生修复能力。

歃血为盟（来源网络）

　　另外一个相反的例子，日本黑帮组织山口组时至今日还留有当年的习俗，断指入盟。也就是说立志加入组织的人，需要经过最初的一场试炼，切去左手小指的第一个指节（图3）。当然，人类手指可不是壁虎尾巴，这节小指也就永远离开了立志入会的热血青年。

　　上面的故事好像有点离题，不过是体现作者想唤起各位读者生活常识的良苦用心。确实，在目前的科技水平之下，人类相当有限的身体再生能力是贵为万物之灵的人类深刻的伤痛。幸好，21世纪的第一个十年，一颗叫做iPS细胞的重磅炸弹引爆了整个医学界。

　　2006年，日本京都大学教授山中伸弥率领的团队在国际顶级期刊上发布了最新的研究成果。他们利用基因修饰技术，将已经失去了全能分化性的小鼠皮肤成纤维细胞改造成了具备全能分化性的胚胎干细胞，改造后获得的这种胚胎干细胞可被进一步诱导分化成为各种各样的身体细胞，例如心肌细胞，视网膜细胞等等。iPS细胞这一名词，全称为诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell）。

　　这里对胚胎干细胞的概念稍加解释，我们都知道人类受精卵首先形成胚胎，然后胚胎发育最后形成胎儿。胚胎干细胞就是一种存在于胚胎中，可以分化发育成各种体细胞，进而形成各组织的特殊细胞，具有全能分化性。

　　但是，胚胎干细胞的获取，不可避免的要严重伤害乃至杀死胚胎，这在很多国家已经是法律上的杀人罪行了。所以，胚胎干细胞的相关研究在各国都受到严格监管，实质上陷于停顿。而iPS细胞就不存在这样的伦理问题，无需受精卵或胚胎，仅仅是提取一些体细胞，就可以将其转化为与胚胎干细胞相同的多能细胞，可谓是巨大的进步了。

　　那么，山中教授又是怎样获得最初的iPS细胞的呢？

　　最初的想法就是通过基因技术修改体细胞，看看是否能将其转化为其他细胞甚至胚胎干细胞。最初的实验，一共有24个基因被修改，虽然过程相当复杂艰辛，至少获得了期望中的胚胎干细胞。之后，经过深入的研究，发现只要修改其中的4个，就能实现体细胞向胚胎干细胞的转化，这无疑是人类再生医学研究史上真正的里程碑。

　　此外，如果我们利用人类病患自身细胞加工形成iPS细胞，其所培养出的组织或器官在重新移植回病患体内后将被认定为自体组织，因而避开免疫系统的攻击。

　　而iPS细胞制作看似也很简单：

图4 iPS细胞制作法（来源：维基百科）

　　Step1:从身体取得细胞并加以培养。Step2:利用病毒载体，或是其他方式把特殊基因或是其产物（蛋白质）“导入”细胞。红色的是已被“导入”的细胞。Step 3:当细胞群落形成，并利用ES细胞培养法进行培养。Step 4:培养后便会形成类似ES细胞的iPS细胞群。

　　早在2014年9月，日本理化研究所与神户市立医疗中心所属的中央市民医院等机构联合组成的医疗团队已经完成了世界临床历史上首例利用iPS细胞成功进行的组织修复术，但是因为耗时长、费用高昂等问题，团队后来选择了在技术上做一些减少成本的转型。

　　实际上山中教授也提出过国际iPS细胞库构想，从不容易使受体产生排异反应的特殊人群身上提取细胞并进行集中培养分化，将大大降低iPS细胞的培养时间和成本，并最终建立惠及各种人种的iPS细胞库（图5）。同时，iPS细胞培养技术的发展也带动了相关领域的研究。例如，日本科学家最近通过与纤维厂商合作，制造出了可以高效繁育iPS细胞的纤维织物培养基（图6）。

图5 国际iPS细胞库构想（来源：网络）

图6 纤维培养基（来源：共同社报道）

　　iPS细胞的出现，让再生医学界摆脱了胚胎干细胞研究相关的伦理桎梏，在短短的十年时间之内就从实验室走向了临床应用，造福于人类。虽然目前的科技水平仅能利用iPS细胞在体外形成细胞团或者人体组织，直接在体外培育成肢体甚至器官仍然任重道远。然而不得不说，人类已经前所未有的接近了这一梦想。或许人类的技术能力有天真的到了可以随意再生肢体，移植记忆的程度，这岂非是另一种意义的永生？抑或是先贤庄子所言的“等生死，齐荣辱”，生死再无别耶？