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作者:秦燕 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/12 22:20:48
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干细胞研究,开辟国民健康的新突破口

 

国家发改委5月10日发布关于印发《“十四五”生物经济发展规划》的通知,其中多处涉及有关干细胞治疗的内容。

例如,发展基因诊疗、干细胞治疗、免疫细胞治疗等新技术,强化产学研用协同联动;建设干细胞和细胞免疫治疗产品等质量及安全性评价技术平台;将对开展临床应用的干细胞、细胞免疫治疗制定完善技术规范;鼓励依托自贸区等在细胞治疗等领域开展改革试点,等等。

对干细胞的理论认识和生产实践,正在成为近年来国民健康的新突破口。

干细胞是人体内具有“超强再生能力”的一类细胞,能够快速、大量地复制,并分化成具有功能的成熟细胞,为机体保持活力和损伤修复保驾护航。在胚胎、幼年、青壮年时期,干细胞在各个组织的分布呈现上升趋势,但在衰老过程中,干细胞会越来越少,这也可能是衰老的主要原因。因此,干细胞研究可以为脑萎缩、生殖病及衰老病等新问题提供潜在的解决方案。

干细胞是细胞生物学近年来的新方向,不同于经典的细胞研究模型,干细胞模型具有三个最重要的特征:超强再生;可定向诱导成为一定类型的细胞;胞内成分变化剧烈。因此,它为重新认识细胞的命运变化,发现细胞生物学的规律,提供了新的研究模型。

近年来,中国给予干细胞研究大力支持。威廉希尔体育在线:每年投入巨资,由其下属“中国生物技术发展中心-医药处”组织干细胞项目论证与执行,推动干细胞研究与转化,在国际同行中积极引领“干性维持”、“干性与分化调控”机制等众多方向。威廉希尔体育在线:近日发布的“干细胞研究与器官修复”等重点专项2022年度项目申报指南,重点专项涵盖了干细胞治疗新冠肺炎等相关领域。

我国科学家一直在积极开拓干细胞研究。例如中科院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室首创了“国家干细胞库”并制定了我国的干细胞实验标准,为干细胞的理论研究与转化建立规则与体系,实现我国与国际干细胞体系的接轨;中科院生物物理研究所在国际精尖成像技术的引领下,在干细胞与RNA维持干性、系统分化的机制研究获得突破,如单独一个RNA分子就可以将上皮细胞转变为视神经细胞,为眼功能衰竭、衰退的患者提供新的治疗机会;昆明理工大学灵长类转化医学院在非人灵长类动物模型的研究比西方国家在哺乳动物模型(如大型家畜猪、牛、羊等)更具前瞻性和创新性。近期,我本人所主导的核糖体研究团队发现干细胞的命运转化由其核糖体群体决定,从而提出干细胞治疗的新机制和新靶标。正如陈晔光院士近日在《人民日报》撰文:“这些干细胞技术的突破,为我国干细胞研究应用起到推动作用,折射出我国在干细胞领域由‘跟跑’到‘并跑’并向‘领跑’发力的转变。”

干细胞的复制、分裂与再生是所有细胞类型中最快的,其中“胚胎干细胞”是第一名,复制速度达到每天2次;大部分的“成体干细胞”也可以达到每天1次的水平。这样的速度,为维持细胞的数量、新鲜的活性,都具有重要意义,也为器官再生、器官移植医学,提供了新的材料与可能。

干细胞的本质是剧烈变化和超强再生。随着动态、活体、超高分辨成像技术的发展,科学家对干细胞的这种剧烈变化过程的了解日益深入。例如生物物理所建立完善的“电子-光学显微-超高分辨率-立体-活体-高通量”体系,真正观察到细胞的活体、动态过程,并捕捉了超高分辨率的图像,可以看到细胞内最微小、最丰富的细胞元件——直径25~30纳米的核糖体,发现了干细胞是细胞学研究中客观性、动态性和重要性很高的模型。因其细胞活性、各种反应的时空尺度和最前沿的成像系统的分辨率非常吻合,目前科学家们可以看到分钟级、微米级的大反应,也可以看到秒-毫秒级、纳米级的细微反应,提示干细胞的细胞模型是对“活着的细胞”的认知和“动态的细胞学理论”,将细胞学理论提升到更宽阔、更活体的水平。

干细胞的核心部位是神经系统与生殖系统,是物质、能量最活跃的器官。其中,以大脑为核心的神经系统是人体最活跃的组织器官,是对机体环境变化最敏感的器官,也是最耗能、耗物质的人体部分,其每天消耗30%~70%的葡萄糖摄入和30%~50%的高能化合物腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)。

不同于其他器官的生、长、老、病,神经系统的细胞种类多而链接复杂导致其生得慢、长得少、老得隐秘、病得多样,是衰老疾病中对生活质量影响最大、最难克服的疾病。干细胞在神经系统的储存和激活,随着研究进展,越来越发现是突破理论的切入点,特别是神经干细胞、诱导重编程的神经细胞、胚胎来源的神经细胞,都提示神经细胞的损伤和衰老可以再修复,甚至再生。

生殖系统是所有物种进行繁衍最重要的部位,反映机体最强健的功能、最活跃的代谢。机体损伤后,最直接、快速的退化,往往都是生殖系统病变,也是此次新冠疫情最早表现出的后遗症。从2020年起在英国、意大利和西班牙的儿童身上就有报道生殖系统受到病毒感染的威胁,法国科学家今年早期的相关研究也显示病毒感染后的青少年在成长期的大脑老化并降低生育能力。

最新的研究发现机体的急性损伤和病毒感染后易出现脑萎缩、生殖病等后遗症。国际科研期刊《自然》今年3月的一项研究报道,785名参试者中近年来病毒感染愈后的病人(绝大多数都是轻症病人)较对照组大脑平均萎缩了0.2%~2%,对大脑认知功能的损害相当于提前衰老了1~10岁。这使人想到1918至1920年5亿人感染、2千万人死亡的西班牙流感中幸存下来的患者后来患上了帕金森病。感官减退是许多病毒感染的主要症状,也是神经退行性疾病——帕金森病和阿尔茨海默病的初期表现。

干细胞研究为解决这些问题提出新的理论和方案。干细胞的新理论进步与转化方案是“再生医学”的新鲜血液,对正常衰老和损伤导致的机体老化都具有很好的应用前景。细胞是生物的基本单位,每个机体都是从一个细胞逐渐分裂、发育来的。从细胞的再生,到器官的再生,到组织的再生,始终是以细胞为基础的。干细胞研究,正是这样一个理论与实践平台,为人类的健康燃起一盏新的灯。

(作者系中国科学院生物物理研究所研究员、“干细胞及转化”国家重点研发计划首席科学家)

 
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