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【京都大学】诞生于日本的iPS细胞研究基地“CiRA”
[2012.04.18] 其它語言 : ENGLISH | 日本語 | 繁體字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية |

“iPS细胞”可分化为各种组织和内脏器官细胞,拥有近乎无限增殖的能力。作为其研究基地,京都大学iPS细胞研究所“CiRA”自2010年4月诞生以来,一直在开展着最尖端的再生医疗研究活动。

全能的“iPS细胞”

如果将四种特定的遗传基因放进从人体上提取的少量皮肤细胞中,这些皮肤细胞就会变成其他形态完全不同的细胞,并可近乎无限地增殖成长。由此诞生的细胞具有可分化为骨、心脏、神经、肝脏、血液等各种细胞、脏器的能力。这便是京都大学山中伸弥教授于2006年在全球率先开发出的诱导性多能干细胞“iPS(induced pluripotent stem cell)细胞”。

位于iPS细胞研究楼4层的开放实验室。研究人员们就在这样完全开放的研究环境中开展着跨领域的日常研究工作(摄影:2010年6月 京都大学iPS研究所)

iPS细胞最突出的特点是几乎可以无限增殖,并可分化成任何一种细胞。这与受精卵增殖、分化形成各种细胞和脏器,或受伤后皮肤和血管进行再生的机制相同。就是人工制造出可变化为其他细胞的“干细胞”,使其增殖、分化,发育成各种细胞和脏器。

广为人知的ES细胞(胚胎干细胞)同样也是一种多能干细胞,由于它是通过受精卵胚胎培育而成,因此被认为存在伦理问题。在这一点上,可由成人的体细胞(除生殖细胞外的其他细胞的总称)培育成的iPS细胞就不存在伦理问题,如果采用山中教授开发的利用体细胞培育多能干细胞技术,就可高效而简便地造出iPS细胞。目前,移植iPS细胞还存在免疫排异反应和可能形成肿瘤等问题。不过,如果能克服这些问题并证实其安全性,那么广泛的临床应用将是非常令人期待的。

人们期待最大的是在再生医疗领域的应用。比如,针对重度心脏病患者,可以通过其自身的皮肤细胞培育iPS细胞,然后使其增殖、分化出心肌细胞用以移植。如此一来,由于源自自体细胞,所以排异反应应该也会较少。同时,人们还希望借助iPS细胞,培育出能够重现病症状况的细胞和脏器,由此探明疑难病症的发病机理,进而开发出对症药品。

通过人类iPS细胞培育血小板

作为iPS细胞研究基地,京都大学iPS细胞研究所“CiRA”设有“重新编程研究部”“增殖分化研究部”“临床应用研究部”“管控科学研究部”等4个研究部门,共同推进研究工作的展开。其中,“临床应用研究部”的江藤浩之研究室主要研究利用iPS细胞培育各种血液细胞的诱导技术。他们开发出了一种利用iPS细胞大量生成血小板的方法。

血小板会在皮肤和血管受损时封闭伤口,形成疮痂,具有抑制出血的作用。在治疗血小板减少症方面,采用血小板制剂进行输血是一种有效办法。但是,由于血小板非常容易失活(丧失活性),按现有技术,提取后只能保存4天,因此有些地区出现供求失衡的问题。同时,反复输血会产生抗血小板抗体(多见于血小板制剂中的排斥非自体HLA(*)的抗体),由于免疫学上的排异反应,输入体内的血小板甚至可能被迅速清除。

将来源于人类iPS细胞的血小板输入鼷鼠活体内。使用激光照射损伤其血管内皮后,来源于人类iPS细胞的血小板凝聚在受伤部位形成了血栓

特定基地的助教高山直也表示“如果能人工制造血小板,那就不必再依赖于难以实现稳定供应的献血方式了。而且,如果血小板来自从患者本身的体细胞培养出的iPS细胞,那么免疫学上的排异反应等问题也可以随之得到解决。”正是由于自己曾是一名在临床一线从事医疗的血液内科医生,高山先生才会有如此强烈的愿望,“希望能在试管内培养血小板”。

长期以来,高山先生一直致力于ES细胞等多能干细胞和血液细胞的研究活动。此次,他利用源自皮肤细胞的iPS细胞,培养出生成血小板的巨核细胞,由此成功获得了血小板。之后,使用激光损伤鼷鼠的血管并为其输入来源于人类iPS细胞的血小板后证实,血小板凝聚在受伤部位形成了血栓,有效发挥了应有功能。

迈向临床应用的一步

 “众所周知, iPS细胞存在形成肿瘤的风险。但是,无核血小板和红血球不会形成肿瘤,如果采用放射线照射以防止其他细胞增殖,之后再进行输血,安全性就可得到保证。从这个意义上,也可以说借助iPS细胞在血液领域开展的研究已经相当接近临床应用阶段了”。

利用人类iPS细胞培育而成的巨核细胞(摄影:京都大学iPS研究所 高山直也助教)

高山先生称,由于实际临床应用需要大量的血小板,因此他们正在开发能够更高效地制造质量稳定的血小板的方法。他表示,今后将努力尝试通过iPS细胞制造生成血液细胞的造血干细胞,为血液疑难病症的治疗助一臂之力。

虽然利用ES细胞也可以制造同样的血小板,但容易培养出多个细胞株的iPS细胞,更易于筛选适合生成血小板的iPS细胞,有助于提高制造血小板制剂的效率。高山先生表示“参考可以高效生成血小板的iPS细胞的信息情况,已开始着手大量制造血小板的工作”

“CiRA的研究对象覆盖了从基础研究到我们这样用于临床的研究,乃至提前储备医疗用iPS细胞的构想等多个方面,并采取开放型实验室的形式开展跨领域研究,这正是本研究所最具魅力之处。我的研究方向是血液,而专攻其他脏器的研究人员和基础科学研究人员也经常给我提供能够激发灵感的思路,每天我都能获得极大的启发”。

针对iPS细胞基本技术,继欧洲之后,在美国也获得了专利,面向实际应用的准备工作也在紧锣密鼓地展开,利用人类iPS细胞成功分化出神经和心肌等组织的报告也屡见不鲜,未来的iPS细胞研究领域的发展将会愈发令人瞩目。

 

采访、撰文:牛岛美笛
摄影:HANS SAUTTER

(*) ^ HLA;Human Leukocyte Antigen
人类白细胞抗原。分布于人体内几乎所有细胞中,作为组织相容性抗原(在免疫反应中表现为自体细胞的证明)发挥着作用。在细胞移植过程中,HLA配型具有重要作用。HLA不匹配的细胞将被识别为异类,容易受免疫系统排斥。

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