系列 科學最前線
【京都大學】誕生於日本的iPS細胞研究基地「CiRA」
[2012.04.18] 其它語言:ENGLISH | 日本語 | 简体字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية |

「iPS細胞」可分化為各種組織和內臟器官細胞,擁有近乎無限增殖的能力。作為其研究基地,京都大學iPS細胞研究所「CiRA」自2010年4月誕生以來,一直在開展著最尖端的再生醫療研究活動。

全能的「iPS細胞」

如果將四種特定的遺傳基因放進從人體上提取的少量皮膚細胞中,這些皮膚細胞就會變成其他形態完全不同的細胞,並可近乎無限地增殖成長。由此誕生的細胞具有可分化為骨、心臟、神經、肝臟、血液等各種細胞、臟器的能力。這便是京都大學山中伸彌教授於2006年在全球率先開發出的誘導性多功能幹細胞「iPS(induced pluripotent stem cell)細胞」。

位於iPS細胞研究樓4樓的開放實驗室。研究人員們就在這樣完全開放的研究環境中開展著跨領域的日常研究工作(攝影:2010年6月京都大學iPS研究所)

iPS細胞最突出的特點是幾乎可以無限增殖,並可分化成任何一種細胞。這與受精卵增殖、分化形成各種細胞和臟器,或受傷後皮膚和血管進行再生的機制相同。就是人工製造出可變化為其他細胞的「幹細胞」,使其增殖、分化,發育成各種細胞和臟器。

廣為人知的ES細胞(胚胎幹細胞)同樣也是一種多功能幹細胞,由於它是通過受精卵胚胎培育而成,因此被認為存在倫理問題。在這一點上,可由成人的體細胞(除生殖細胞外的其他細胞的總稱)培育成的iPS細胞就不存在倫理問題,如果採用山中教授開發的利用體細胞培育多功能幹細胞技術,就可高效而簡便地造出iPS細胞。目前,移植iPS細胞還存在免疫排異反應和可能形成腫瘤等問題。不過,如果能克服這些問題並證實其安全性,那麼廣泛的臨床應用將是非常令人期待的。

人們期待最大的是在再生醫療領域的應用。比如,針對重度心臟病患者,可以通過其自身的皮膚細胞培育iPS細胞,然後使其增殖、分化出心肌細胞用以移植。如此一來,由於源自自體細胞,所以排異反應應該也會較少。同時,人們還希望藉助iPS細胞,培育出能夠重現病症狀況的細胞和臟器,由此探明疑難病症的發病機理,進而開發出對症藥品。

通過人類iPS細胞培育血小板

作為iPS細胞研究基地,京都大學iPS細胞研究所「CiRA」設有「重新編程研究部」「增殖分化研究部」「臨床應用研究部」「管控科學研究部」等4個研究部門,共同推進研究工作的展開。其中,「臨床應用研究部」的江藤浩之研究室主要研究利用iPS細胞培育各种血液細胞的誘導技術。他們開發出了一種利用iPS細胞大量生成血小板的方法。

血小板會在皮膚和血管受損時封閉傷口,形成瘡痂,具有抑制出血的作用。在治療血小板減少症方面,採用血小板製劑進行輸血是一種有效辦法。但是,由於血小板非常容易失活(喪失活性),按現有技術,提取後只能保存4天,因此有些地區出現供求失衡的問題。同時,反覆輸血會產生抗血小板抗體(多見於血小板製劑中的排斥非自體HLA(*)的抗體),由於免疫學上的排異反應,輸入體內的血小板甚至可能被迅速清除。

將來源於人類iPS細胞的血小板輸入鼷鼠活體內。使用雷射照射損傷其血管內皮後,來源於人類iPS細胞的血小板凝聚在受傷部位形成了血栓

特定基地的助教高山直也表示「如果能人工製造血小板,那就不必再依賴​​於難以實現穩定供應的捐血方式了。而且,如果血小板來自從患者本身的體細胞培養出的iPS細胞,那麼免疫學上的排異反應等問題也可以隨之得到解決。」正是由於自己曾是一名在臨床一線從事醫療的血液內科醫生,高山先生才會有如此強烈的願望,「希望能在試管內培養血小板」。

長期以來,高山先生一直致力於ES細胞等多功能幹細胞和血液細胞的研究活動。此次,他利用源自皮膚細胞的iPS細胞,培養出生成血小板的巨核細胞,由此成功獲得了血小板。之後,使用雷射損傷鼷鼠的血管並為其輸入來源於人類iPS細胞的血小板後證實,血小板凝聚在受傷部位形成了血栓,有效發揮了應有功能。

邁向臨床應用的一步

「眾所周知, iPS細胞存在形成腫瘤的風險。但是,無核血小板和紅血球不會形成腫瘤,如果採用放射線照射以防止其他細胞增殖,之後再進行輸血,安全性就可得到保證。從這個意義上,也可以說借助iPS細胞在血液領域開展的研究已經相當接近臨床應用階段了」。

利用人類iPS細胞培育而成的巨核細胞(攝影:京都大學iPS研究所高山直也助教)

高山先生稱,由於實際臨床應用需要大量的血小板,因此他們正在開發能夠更高效地製造品質穩定的血小板的方法。他表示,今後將努力嘗試通過iPS細胞製造生成血液細胞的造血幹細胞,為血液疑難病症的治療助一臂之力。

雖然利用ES細胞也可以製造同樣的血小板,但容易培養出多個細胞株的iPS細胞,更易於篩選適合生成血小板的iPS細胞,有助於提高製造血小板製劑的效率。高山先生表示「參考可以高效生成血小板的iPS細胞的訊息情況,已開始著手大量製造血小板的工作」

「CiRA的研究對象覆蓋了從基礎研究到我們這樣用於臨床的研究,乃至提前儲備醫療用iPS細胞的構想等多個方面,並採取開放型實驗室的形式開展跨領域研究,這正是本研究所最具魅力之處。我的研究方向是血液,而專攻其他臟器的研究人員和基礎科學研究人員也經常給我提供能夠激發靈感的思路,每天我都能獲得極大的啟發」。

針對iPS細胞基本技術,繼歐洲之後,在美國也獲得了專利,面向實際應用的準備工作也在緊鑼密鼓地展開,利用人類iPS細胞成功分化出神經和心肌等組織的報告也屢見不鮮,未來的iPS細胞研究領域的發展將會愈發令人矚目。

 

採訪、撰文:牛島美笛
攝影:HANS SAUTTER

(*) ^ HLA;Human Leukocyte Antigen
人類白細胞抗原。分布於人體內幾乎所有細胞中,作為組織相容性抗原(在免疫反應中表現為自體細胞的證明)發揮著作用。在細胞移植過程中,HLA配型具有重要作用。HLA不匹配的細胞將被識別為異類,容易受免疫系統排斥。

  • [2012.04.18]
相關報道
系列相關報道

精選視訊

最新專題

バナーエリア2
  • nippon.com專欄
  • In the news