干细胞丨用不了50年,人类将能够培育出人体所有器官

间充质干细胞、免疫细胞、外泌体源头实验室

诺贝尔奖获得者吉尔伯特认为:“用不了50年,人类将能用生物工程的方法培育出人体的所有器官。”

科学家乐观地预料,不久以后,医生只要根据患者自己的需要,从患者身上取下细胞,植入预先由电脑设计而成的结构支架上,随着细胞的分裂和生长,长成的器官或组织就可以植入患者的体内。

干细胞丨用不了50年,人类将能够培育出人体所有器官

图片来源:pixabay
案例:干细胞——器官重生的秘密所在

2018年1月12日上午九点半,随着一声啼哭,在南京鼓楼医院,患有卵巢早衰多年的方女士在康复后成功诞下一名男婴。这标志着我国在卵巢再生临床研究中取得了突破性进展,也宣告再生医学技术在攻克生殖系统“不治之症”方面取得了阶段性胜利。

卵巢早衰(POF)是指女性40岁之前由于多种病因出现的卵巢功能衰竭,导致发生促卵泡激素水平升高和雌激素水平降低等症状。卵巢早衰的女性很难实现受孕,因为这类患者在月经周期中没有优势卵泡活动,无法取得卵子。因此,卵巢早衰也被业内公认为无法治愈的顽疾。

为解决这一世界性难题,中科院遗传发育所再生医学研究团队负责人戴建武与南京鼓楼医院生殖医学中心合作,于2015年在国际上率先开展脐带间充质干细胞干预卵巢早衰合并不孕症临床研究。该临床研究在通过医院伦理审查、国家卫计委备案后,成为我国实行干细胞临床研究备案制度后,首批备案的8个干细胞临床研究项目之一。

科学家们之所以看上了干细胞,是因其属于细胞中原始的、未(完全)分化的一类。干细胞既可以自我更新,也可以在适当条件下分化为特定的功能细胞,也就是说具有再生的“本领”。

2015年12月,南京鼓楼医院生殖医学中心主任孙海翔临床团队为方女士实施了干细胞卵巢内移植术,该脐带间充质干细胞由鼓楼医院GMP级临床干细胞室制备,并经中国食品药品检定研究院第三方检验。经术后复查,孙海翔发现患者卵巢内血流有明显改善,但未曾怀孕。

2016年,方女士又进行了两次移植。2017年5月,方女士经检查确认大卵泡活动,实现自然受孕。如今,宝宝健康出生,悬在方女士一家人心上的石头终于落地了。

干细胞丨用不了50年,人类将能够培育出人体所有器官

中国食品药品检定研究院细胞资源储藏及研究中心主任袁宝珠看来,卵巢再生临床研究的突破性进展,为高龄妇女卵巢功能低下及卵巢抗衰老提供了新的技术手段,在严格监管的基础上,干细胞技术将带来更多福祉。

生物性人造心脏

2021年,来自维也纳奥地利科学院的科研团队,使用人类多能干细胞成功培养出全球首个体外自组织心脏类器官模型,可自主跳动无需支架支持,且能自我修复损伤。这项研究发表在《细胞》杂志。

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生物性人造胰腺

东京大学团队利用藕状凝胶开发人工胰岛。东京大学的竹内昌治教授和小泽文智特任研究员等人开发出了将利用iPS细胞培养的胰腺细胞包裹到藕状凝胶中后进行移植的方法。利用该方法将胰腺细胞移植到糖尿病小鼠体内后发现,约半年后血糖值控制到了正常范围。据介绍,移植的凝胶可以取出,也不容易发生免疫排异反应。

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将细胞包裹到藕状凝胶中的移植片

(图片来源于“客观日本”网站)

人造肝脏

一项发表在《Science Translational Medicine》的研究中,研究人员将人类肝细胞(human hepatocytes)、成纤维细胞 (fibroblasts) 和内皮细胞索 (endothelial cell cords)以特定的排列模式嵌入到一种能够被生物降解的水凝胶骨架中。

当这种人工制造的肝组织被移植到肝脏受损的小鼠腹腔中后,它们能够生成血管并且与小鼠的循环系统整合。同时这种人工肝脏组织能够对小鼠分泌的刺激肝脏再生的信号产生反应,导致血管生成并且促进肝细胞增殖。

在移植到小鼠体内11周后,这些人工肝脏组织不但体积扩展到原来的50倍,并且可以行使正常的肝脏功能。

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人造肾脏

一项具有突破性进展的成果刊登在学术期刊《干细胞报告》上。由曼彻斯特大学两位教授领衔的研究团队先在实验室培养皿营养液环境中把人类胚胎干细胞培养成肾小球,然后将培养出来的肾小球与类似结缔组织的凝胶物混合后注入到实验小鼠真皮下。

研究人员已经能够将人类干细胞发展成为“比先前报道的发现显著更成熟”的小型肾脏。它具有功能完好的人体血管并能够过滤宿主血液并产生尿液。

干细胞丨用不了50年,人类将能够培育出人体所有器官

干细胞丨用不了50年,人类将能够培育出人体所有器官

国家点名,用干细胞修复器官

从一滴血,到一段血管、一块软骨、一片皮肤,再到最终的肝脏、肾脏乃至心脏都是非常复杂的系统,人类的人造器官“梦”依然充满挑战。干细胞技术的进步,人体器官的再生与修复已不再是科学幻想。

2022年2月8日,国家科技部发布关于对国家重点研发计划“干细胞研究与器官修复”等5个重点专项2022 年度项目申报指南征求意见的通知。

主要任务围绕“干细胞命运调控及机理”、“干细胞与器官的发生与衰老”、“器官的原位再生与机理”、“复杂器官制造与功能重塑”和“基于干细胞的疾病模型”等五大方向。涵盖热点包括:类器官、器官芯片,外囊泡(外泌体)、干细胞与器官抗衰老、器官原位再生、干细胞和生物材料。

干细胞丨用不了50年,人类将能够培育出人体所有器官

从1998年第一例人类胚胎干细胞成功分离至今,再生医学领域的发展速度非常惊人。英国《每日邮报》曾对未来人类的生活将会有什么变化做了预测:2083年,随着科技的进步,将出现不会衰竭的人造器官、具备超人般能力的仿生电子眼耳……健康、年轻的细胞资源是生命的“底牌”。

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