修復大腦不是夢
來源：浙江日報
原標題：修復大腦不是夢
本報記者 文敏
干細胞是人體內具有發育潛能、全能型的細胞，可自我復制。它具有自我更新、多向分化和修復能力。在科學家的不斷嘗試 下，人胚胎干細胞可以分化成多種細胞，比如神經元、心肌細胞、胰島細胞和血細胞等。全球目前已經開展了上萬例的干細胞移植，經臨床證實的干細胞可用于移植 治療的疾病達92種，包括腦癱、老年癡呆、糖尿病、肝臟疾病、腫瘤、燒傷、衰老等。
最近，中國科學家在干細胞研究的一項新突破走在世界前列。
干細胞移植的最新成果
復旦大學長江學者獎勵計劃特聘教授、威斯康辛大學麥迪遜分校神經生物學系終身教授張素春領銜的科研團隊，首次將人類胚胎干細胞成功地轉化成特定的神經細胞， 并將轉化后的中間細胞注入到小鼠大腦中，使已喪失學習和記憶功能的小鼠恢復了學習和記憶能力。該成果第一次證明人類干細胞可以成功植入到大腦中，對治愈各 種神經功能缺陷疾病有重大意義。目前這一突破性的研究成果已發表在最新一期的國際著名學術期刊《自然·生物技術》雜志上，引起世界同行高度關注。
不妨先回顧一下去年以來干細胞研究的最新進展。根據一項新的研究，人類胚胎干細胞能夠自發地形成一種組織，其中這種組織能夠產生眼睛中讓我們看見東西的那一 部分。相關研究結果發表在《細胞·干細胞》期刊上。在未來，移植這種三維組織可能能夠幫助視力受損的病人清晰地看見東西。
在紐約，干細胞也 有新發現。紐約干細胞研究中心的研究者表示，人類的胚胎干細胞可以分化成骨組織用以進行移植研究以及潛在的治療方法，這項研究刊登在2012年5月14日 的國際雜志《美國國家科學院院報》（PNAS）上，文章中，研究者第一次使用源于胚胎干細胞的骨祖細胞來大量生成緊湊的骨組織，用以修復幾厘米大小的缺陷。
2012年10月12日，瑞士研究人員在美國同事們的幫助下，成功地利用小鼠胚胎干細胞制造出甲狀腺組織。他們還發現將這種新產生的組 織移植到10只實驗小鼠的發生功能故障的甲狀腺之上，能夠讓其中9只小鼠的甲狀腺功能完全恢復。相關研究結果2012年10月刊登在《自然》期刊上。
匹茲堡大學醫學院研究人員還證實：人類胚胎干細胞和人誘導性多能干細胞(iPS細胞)可以被誘導成為精子前體細胞，這表明它未來可能用于恢復不育男性的生育能力，他們的研究結果將發表在《細胞報告》雜志上。
2012年9月，新加坡生物工程與納米技術研究所開展的一項研究利用人類胚胎干細胞生成樹突狀細胞來刺激免疫系統抗腫瘤，這種用以生成抗癌癥的治療性疫苗新方法，可能更為經濟。
早在人們剛剛發現干細胞的“萬能”潛能的時候，就已經有很多科學家開始研究如何利用干細胞誘導培養心肌細胞、神經細胞等在人體內較難再生的細胞。這些研究的 進展很快，以至于在2004年，美國就有了第一個成功實施了用自體干細胞修補受損心臟的患者。但由于利用干細胞誘導培養的心肌細胞純度較差，所以很難在臨 床推廣。在2013年5月即將出版的《生物材料》上，韓國科學家的研究成果為這一問題的解決帶來了希望，他們利用某種非血清介質使從人胚胎干細胞分化的心 肌細胞純度增加，并成功應用這種方法恢復了心梗小鼠的心臟功能。
干細胞怎樣修補頭腦
胚胎干細胞是指胚胎中一些具有發育成各種組織和器官能力的細胞，在醫學上具有巨大的應用前景。這次，張素春團隊首先利用化學方法將人類胚胎干細胞成功轉化成神經細胞，然后將這些轉化后的中間細胞移植到小鼠大腦中。
神經細胞，又稱神經元，是構成神經系統結構和功能的基本單位，每個神經元只有一個軸突，可以把興奮從胞體傳送到另一個神經元或其他組織。在移植過程中，確保 幾乎所有的移植細胞都成為神經細胞至關重要，被移植細胞的純度必須非常高，且必須是被指定能夠完成特殊使命的細胞，因為如果不能確保所有移植細胞都成功 “轉變”成有用的神經細胞，注入的早期中間細胞就可能“惡變”為腫瘤而導致研究失敗。為此，張素春科研團隊通過“局部特化引導細胞法”，成功避免了小鼠體 內不必要細胞類型的形成。
攻克了這一難題后，張素春科研團隊選中了一種不會排斥其他物種移植物的特殊品種的小鼠，他們首先“蓄意破壞”了小 鼠大腦中掌管“學習和記憶”、被稱為“內側隔核”的大腦區域的“線路”，使小鼠暫時喪失“學習和記憶”能力。張素春說，這一過程有點類似于拆除一段電話 線，以后如果你能找到正確的線路，需要時就能夠在任何時候把損壞的來自任何一頭的“斷線”接上。
于是，研究人員將細胞移植到了小鼠記憶回路 的另一端——大腦重要記憶中心海馬區內。植入后的干細胞立刻形成兩種常見的、重要的神經元類型，它們分別與大腦中“指揮”行為、情感、學習、記憶、成癮和 許多其他精神問題的化學物質γ-氨基丁酸（簡稱GABA）或乙酰膽堿能神經元進行有效溝通，并響應來自大腦的化學指令，開始特化并與海馬區中的適當細胞相 連接。測試證實，這些接受干細胞移植后“連接”成功的小鼠，常規學習和記憶能力得到了有效恢復，評分明顯優于那些依然喪失“學習和記憶”能力的小鼠，尤其 在“水迷宮”測試中，干細胞移植成功的小鼠對迷宮的設置記憶清晰，應對自如，而對照組小鼠面臨迷宮則慌作一團，不知所措。
干細胞移植研究的終極目標是通過細胞替代來修復大腦損傷。張素春指出：“目前干細胞治療還不大可能立即產生效應，因為許多精神疾病，你都不知道是大腦的哪部分出現了問題。新研究更有可能即刻應用于構建藥物篩查模型。”
3D打印干細胞出現
干細胞的醫用前景非常看好，但干細胞的來源卻是個問題。取得干細胞的途徑也往往充滿著爭議性，因為其中有一個來源為婦女墮胎后的嬰兒胚胎。
美國佐治亞理工學院助理教授阿倫·萊文說，遲遲拿不到或根本無法獲得人類胚胎干細胞可能正阻礙美國干細胞科學的發展。萊文利用網絡對在美國學術或非盈利機構 工作的1400多名干細胞科學家提供了調查問卷，來自32個州的約400名科學家作出了回應，其中205人表示會在研究中使用人類胚胎干細胞。調查結果顯 示，導致科學家難以獲得人類胚胎干細胞的主要原因有：難以獲得轉讓協議；無法獲得所在單位內部監管機構的批準；干細胞擁有者不愿在研究中分享，以及聯邦政 策掣肘等。
2001年，美國時任總統布什上任伊始就對胚胎干細胞研究設限，規定聯邦資金僅準許用于資助已經存在的胚胎干細胞研究。現任總統奧巴馬2009年3月通過行政命令解除了上述限制，拓寬了可以用來研究的胚胎干細胞的渠道。
但近日英國科學家一項成功的3D打印技術可能會打破這一瓶頸。據物理學家組織網報道，英國赫瑞瓦特大學和一家干細胞技術公司合作，開發出一種真空閥門式三維 （3D）打印技術，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能，打印結構還能用于 藥物測試，加速改良測試過程。相關論文發表在2月5日出版的《生物制造》雜志上。
打印過程中的關鍵問題是可控性和減少傷害，這樣才能保證細胞與組織的發育能力和正常功能。人類胚胎干細胞來自胚胎早期階段產生的“干細胞系”，沒有明確的發 育方向，可以分化為人體內任何類型的細胞。研究小組開發出了一種真空閥式細胞打印機，細胞被裝入打印機的兩個分離容器，然后按預先編好的程序，被統一打印 到一個盤子上。該打印機充分考慮了人類胚胎干細胞的敏感性和脆弱性，能打印出具有高度活性的細胞。
當人類胚胎干細胞被打印出來以后，還要經過多項測試，如檢測它們的活性，看其是否還能分化為不同類型細胞；檢測細胞的打印密度、特征屬性和分布情況，以此評價這種打印方法的精確性。
科學家發現，這種真空閥門打印方式非常溫和，足以保持干細胞的發育能力，還能精確打出同樣大小的球體。更重要的是，打印出來的人類胚胎干細胞保持了它們的多能性，還能分化成其他類型的細胞。
