实现类器官“组团”培养 诱导多能干细胞太“能”了

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  诱导多能干细胞具有早期胚胎干细胞的发育能力,理论上可分化成任何成体细胞与器官类型。

  日本东京医科齿科大学近日公布,该校研究人员与美国同行协作土最好的措施,利用人诱导多能干细胞一同培育出了肝脏、胆管和胰脏3种迷你器官。

  古往今来,长生不老要无数人的梦想。如今,正有一群科学家奋战在延长人类寿命、改善健康质量的第一线上。

  近期,器官培育研究迎来了新的突破。迄今利用诱导多能干细胞(iPS细胞)必须培育特定的细胞和脏器,但日本东京医科齿科大学近日公布,该校研究人员与美国同行协作土最好的措施,利用人iPS细胞一同培育出了肝脏、胆管和胰脏3种迷你器官。研究成果已发表在《自然》杂志网络版上。

  利用iPS细胞培养人体器官的主要原理是哪些?与单独培养两种生活器官相比,利用iPS细胞一同培养多个器官哪些难度?哪些器官再生技术共要何时能真正走上临床阶段?这其中又而且会面临哪些挑战?科技日报记者带着哪些问题报告 ,采访了该领域相关研究人员。

  无伦理问题报告 困扰 iPS细胞成“香饽饽”

  “iPS细胞具有早期胚胎干细胞的发育能力,在体外培养时通过构建共要的环境,如加上生长因子、设计生长基质等,模拟体内发育过程,理论上可分化成任何成体细胞与器官类型。”中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员陈捷凯在接受科技日报记者采访时表示。

  “而且将器官看成是一棵树,iPS细胞就像是一颗种子,经过‘浇水’‘施肥’后,分化成该器官不同的细胞类型,就像是树的叶子、主干、枝干一样。”该院研究员刘晶通俗地解释了利用iPS细胞培育器官的原理。

  iPS细胞实际上是干细胞亲戚亲戚我们我们族里的“长老”,从它的名字就可见一斑。“多能”道出了你这个干细胞巨大的分化潜力,“诱导”则表明了它的获取过程带有人为因素介入。

  与直接从胚胎分离获得的干细胞不同,iPS细胞是由体细胞诱导而来的,即首先获得体细胞,再在体外实验条件下,导入特定的转录因子“重新编程”,使体细胞变成iPS细胞。你这个诱导过程就像是两种生活神奇的魔法,使人体中所处分化链终末端的体细胞“返老还童”,重新具备累似 胚胎干细胞的发育潜能,逆转生命的时钟。

  科学家若想获得iPS细胞,理论上可需要使用人体中所有类型的体细胞作为“原料”。而胚胎干细胞通常必须从早期胚胎或原始性腺中分离出来。相比之下,iPS细胞来源十分广泛,具有巨大优势。当然,冗杂诱导多多守护进程 和增加诱导速率等相关问题报告 也是科学家目前面临的挑战。

  “利用患者自身或经过免疫匹配的iPS细胞培养器官,在临床移植时后能 有效降低排异反应。”刘晶表示,传统的器官移植通常是异体移植,患者术后需要长期服用免疫抑制剂来减少或消除排异反应。iPS细胞或将改变原先的局面,利于术后恢复。

  更重要的是,“iPS细胞的产生不使用胚胎细胞或卵细胞,而且必须伦理学的问题报告 。”刘晶说。

  事实上,胚胎干细胞研究在许多国家是一个 颇具争议的领域。反对者认为,进行胚胎干细胞研究就需要破坏胚胎,而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式,这有悖生命伦理。iPS细胞则不再受伦理问题报告 困扰。自从1506年被日本科学家山中伸弥提出后,调快受到追捧,成了相关领域研究的“香饽饽”。

  陈捷凯告诉记者,近年来科学家而且将之应用到体积很小的“迷你”器官的研究中,学界通常称之为“类器官”。顾名思义,类器官会在一定程度上累似 特定器官。目前成功培育的类器官包括大脑棘层、肠、肝、肾等主要器官类型。

  3种类器官一同培养 难度大为提高

  “目前, iPS细胞的类器官培养研究等待图片在单一器官阶段。此次发表的研究成果中,日本研究人员一同培养3种类器官,难度很大,是器官再生技术领域的一个 重要突破。”刘晶说。

  陈捷凯指出,与单一器官相比,一同诱导多个器官的难度在于两点:不同器官发育的信号条件不同,如何一同模拟;不同器官发育需要iPS细胞分化成不同种类的起始细胞,如何得到适合的起始细胞并以适合的比例混合。

  虽然 在器官培养的数量上仅是1和n的区别,但在难度上远需要1+1=2的简单叠加。“多器官培养时,需要考虑的影响因素变得更加冗杂,培养条件更加冗杂。更重要的是,培养的多个器官之间与与否协同作用,有如何的协同作用,亲戚亲戚我们我们还需要很清楚。”刘晶说。

  全都过后,高难度因为高回报。在陈捷凯看来,而且利用iPS细胞培育多种器官时,器官间有很强的协同作用,必须,多器官协同培养会更好地模拟体内的环境。另外,在药物筛选过程中,多器官培养后能 及时排除对许多器官具有副作用的候选药物。

  刘晶也表示,多器官协同培养或许后能 得到功能更好、更接近于真实器官的“人造”器官。而且,随着技术发展,协同培养的速率而且比单一培养更高。

  此次日本研究人员培育的是肝脏、胆管和胰脏这3种类器官。这是偶然还是必然?“肝脏、胆管和胰脏皆来源于胚胎的内胚层,三者在发育过程带有一定的累似 性。”刘晶说。鉴于iPS细胞单一器官培养也仅等待图片在较为早期的研究阶段,更别说多器官再生领域了。而且,研究人员自然会将目光首先瞄准相对简单的模型。

  “相信需要全都研究人员正致力于来源胚胎中胚层、外胚层的多器官再生研究中。”刘晶说。

  目前仅能移植组织 类器官离临床还很远

  提及iPS细胞和移植,相信全都人会想起前不久较为轰动的角膜移植手术。

  今年8月底,日本大阪大学一个 研究小组完成了全球首例利用iPS细胞培养出的角膜组织进行移植的临床手术。这与否因为,iPS细胞器官移植的临床应用已近在眼前 ?

  在刘晶看来,角膜是两种生活组织,与器官还有较大区别,“器官培养的难度更大,但在现有的研究基础可需要做到移植组织而且很了不起了。”

  陈捷凯也认为,类器官技术距离临床还很遥远,目前作为器官发育的体外模型可需要用于研究疾病病理并进行药物筛选。

  要想利用iPS细胞培育出真正具有与真实器官同样形状、体积及功能的人造器官还有全都工作等待图片探索,这期间挑战重重。

  “血管化、体积大小等而且是比较好解决的技术问题报告 ,真正的瓶颈在于体内功能和移植土最好的措施。”陈捷凯说。

  刘晶表示,器官功能的研究难点包括了空间维度和时间维度等多个层面。累似 ,从平面的2D到立体的3D,空间冗杂性增强了;再如,当研究人员突破了类器官的范畴,培养出接近真实体积的器官时,系统增大或将因为许多反馈相对调快,时间冗杂性也增强了。“此外,动物模型选择和相关药物的筛选也是需要解决的问题报告 。”

  “目前全球有全都研究人员正在该领域里攻坚克难。科应学具备任何而且的,你说歌词 再过5—10年,利用iPS细胞培育的器官后能 一定规模地应用到临床中。”刘晶说。(实习记者 于紫月)