4月14日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命聯(lián)合中心鄧宏魁研究團隊在頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志在線發(fā)表了論文，首次在國際上報道了使用化學(xué)小分子誘導(dǎo)人成體細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉毎@項突破性成果。

從體細胞到干細胞，誘導(dǎo)性多能干細胞有多神奇？

2006年，日本京都大學(xué)教授山中伸彌率領(lǐng)的團隊利用基因修飾技術(shù)，將已經(jīng)失去了全能分化性的小鼠皮膚成纖維細胞改造成了具備全能分化性的胚胎干細胞，即誘導(dǎo)性多能干細胞（induced pluripotent stem cell），簡稱iPS細胞。而且，iPS細胞可被進一步誘導(dǎo)分化成為各種各樣的身體細胞，例如心肌細胞、視網(wǎng)膜細胞等等。

干細胞的多能性，來源：作者自制

在講iPS細胞之前，我們首先需要了解下“胚胎干細胞”這一概念。我們都知道，人類受精卵首先會形成胚胎，然后胚胎發(fā)育，最后形成胎兒。而“胚胎干細胞”就是一種存在于胚胎中，可以分化發(fā)育成各種體細胞，進而形成各組織的特殊細胞，它具有全能分化性。

大家可能會疑惑，既然胚胎干細胞已經(jīng)這么好了，那么iPS細胞的發(fā)現(xiàn)又有何意義呢？

胚胎干細胞示意圖，來源：envato elements

首先，iPS細胞的一大優(yōu)勢體現(xiàn)在倫理問題上。

在獲取人類胚胎干細胞時，會不可避免地嚴重傷害乃至殺死胚胎，這在很多國家已經(jīng)屬于法律上的殺人罪行了。所以，胚胎干細胞的相關(guān)研究在各國都受到嚴格監(jiān)管，該領(lǐng)域的研究近乎停止。而iPS細胞就不存在這樣的倫理問題，因為它不需要獲取受精卵或胚胎，僅僅提取一些體細胞，就可以將其轉(zhuǎn)化為與胚胎干細胞相似的多能細胞，所以，iPS細胞的發(fā)現(xiàn)是干細胞領(lǐng)域的巨大進步。

此外，從具體的作用來看，iPS細胞的優(yōu)勢也十分明顯。

得到iPS細胞后，人類可以將其培養(yǎng)分化，獲得所需的其他體細胞，最終將之用于修復(fù)身體的損壞組織。長遠來說，利用iPS細胞分化培育成人體器官，再進行移植，將可能一勞永逸的解決器官移植源的緊缺問題。與此同時，利用人類病患自身細胞加工形成的iPS細胞，其所培養(yǎng)出的組織或器官在重新移植回病患體內(nèi)后將被認定為自體組織，能夠避開免疫系統(tǒng)的攻擊。

iPS細胞制備方式，來源：（維基百科）

iPS細胞雖然好，但技術(shù)仍存在兩大難關(guān)

iPS細胞問世后，再生醫(yī)學(xué)取得突破性進展，人類解鎖了理論上可以再造身體組織乃至器官的新技能。但這項技術(shù)想要實用化，還要跨越兩大難關(guān)：第一，人類的器官擁有極度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和組成，人工體外培養(yǎng)目前僅僅能夠達到組織級別，遠不到器官的水平；第二，即便是僅僅在體外利用iPS細胞培育少量人體組織，所消耗的成本都是極為驚人的，因此全球各國（主要是日本）到目前為止進行的iPS細胞臨床實驗都屈指可數(shù)。

不過，雖然攻克第一個難關(guān)屬于遠期目標，遠遠超出了人類目前的科學(xué)水平，但第二個難關(guān)其實是有希望通過各種努力來率先克服的。例如，本次中國科學(xué)家取得的成果，實際上就是一種旨在降低iPS細胞技術(shù)成本的方法。

利用iPS細胞在三種不同形狀的樹脂模板上培育出的心肌細胞

（來源： Scientific Reports | 7:45641 | DOI: 10.1038/srep45641）

中國科學(xué)家“打怪升級”，提出誘導(dǎo)多能干細胞新方法

在iPS細胞的研究階段，日本的山中教授最初的想法是通過基因技術(shù)修改體細胞，看看是否能將其轉(zhuǎn)化為其他細胞甚至胚胎干細胞。最初的實驗一共修改了24個基因，雖然過程相當(dāng)復(fù)雜艱辛，但至少獲得了期望中的胚胎干細胞。之后，經(jīng)過深入的研究，發(fā)現(xiàn)只要修改其中的4個基因，就能實現(xiàn)體細胞向胚胎干細胞的轉(zhuǎn)化。

但修改基因的技術(shù)畢竟存在著一定的技術(shù)風(fēng)險，操作起來也有諸多不便，而且生產(chǎn)效率十分低下。因此，新的假設(shè)被提出——假如把細胞泡在某些特殊的藥液中進行處理后就能獲得iPS細胞，那么就有希望方便快捷地同時生產(chǎn)大量iPS細胞，自然能夠降低后期培養(yǎng)分化所需的成本。

本次中國科學(xué)家的成果正是這一想法的實踐。簡單來說，科學(xué)家們利用化學(xué)小分子，讓體細胞重新變成了具有多能性的干細胞。

與傳統(tǒng)方法相比，化學(xué)小分子的優(yōu)勢包括操作簡便、時空調(diào)控性強、作用可逆、細胞重編程過程高度可控等。另外，該技術(shù)規(guī)避了修改基因操作引發(fā)的潛在倫理問題，有望成為更易于推廣的臨床治療手段。

可以說，這次中國科學(xué)家在誘導(dǎo)性多能干細胞技術(shù)上取得的成果意義巨大。不過，目前這項技術(shù)仍需深耕，要克服的困難也很多，期待通過科學(xué)家們的不斷鉆研和努力，讓這項技術(shù)更加成熟，進一步造福全人類！

作者：郭菲（煙臺大學(xué)）

出品：科普中國

標簽： 多能干細胞 心肌細胞 科學(xué)家們