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再生医学新时代丨干细胞技术实现人造器官修复与再生！

2023-10-24 12:05 • 干细胞疗法 • 阅读 111810

如果有一天，我们身体某一“零件”坏了，而只需要用我们体内一个细胞就可以重新培育出一个新的，那样的人生会不会很酷炫？

实际上，目前已经实现的皮肤移植、器官再造，甚至动物克隆都是人类对于生命可延续性的探索。而在这之中发挥着重要作用的正是有“万能细胞”之称的——干细胞

作为一类具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，干细胞能够分化成其他细胞（如肌肉细胞、神经细胞、脂肪细胞等），进而形成组织、器官乃至完整的个体。因此，医学界称其为“万能细胞”，与干细胞相关的医学研究也被称为“再生医学”。

干细胞的分类

身怀绝技的干细胞你都认识吗？

干细胞主要存在于胚胎中及成人体内，根据其生存阶段和分化潜能，分别有不同的分类。如下图示：

按照生存阶段分类，干细胞分为胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell）和成体干细胞（Adult Stem Cell）。胚胎干细胞具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官。

而成体干细胞主要存在于人体的大脑（神经干细胞NeuralStem Cell，NSC）、血液（血液干细胞Hematopoietic Stem Cell，HSC）、骨髓中（骨髓间充质干细胞Mesen chymal Stem Cell，MSC）以及皮肤中（表皮干细胞EPidexmisStem Cell）等，用来修复和维持相应部位的组织。

从分化潜能的角度，胚胎干细胞大多为全能及多能干细胞，我们熟知的受精卵分裂过程中，到卵裂期32细胞前的所有细胞都是全能干细胞，能够分化发育成为各种组织器官的细胞，最终产生子代个体。

而在骨髓中存在的多能造血干细胞是多能干细胞的典型例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。

随着分化的进一步加深，干细胞从全能、多能走向专能，分化潜能则进一步受到限制。

专能细胞是由多能干细胞进一步分化而成的。它只能向一种类型或密切相关的两种类型的APSC多能细胞分化，比如造血干细胞可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。

将人体细胞日常运转拟人化的日漫《工作细胞》中的造血干细胞

怀里抱着的是刚“出生”不久的红细胞，萌萌哒~

随着干细胞研究领域向深度和广度不断扩展，人们对干细胞的了解也将更加全面。在医学上针对干细胞应用的探索从未止步，创造了生命科学的诸多奇迹，比如1996年震惊全球的世界首例克隆羊Dolly，就是从一只母羊的乳腺细胞中培育而来。

右为Dolly本尊，旁边是她的头生小羊Bonnie

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Dolly没有父亲，但有三个母亲，一个提供DNA，另一个提供卵子，还有一个负责代孕。

再生医学新希望

干细胞应用扣响“再生医学”大门！

干细胞在再生医学领域具有不可估量的医学价值，为许多重大疾病的有效治疗提供了新的思路，如果细胞分化进行的顺利的话，干细胞能作为一种细胞再生资源而存在。目前干细胞已经能够实现部分血液系统疾病和癌症的治疗。

拥有超强自愈能力的狼叔

例如，在骨髓移植手术中，干细胞被植入骨髓受损的病人体内，这些未被职能化的细胞进而生成新的骨髓，是自身产生健康的血细胞。在器官和组织再生方面，若人体皮肤受到创伤，皮肤下的干细胞能够用来给烧伤患者进行皮肤移植。

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，用干细胞，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。

1、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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2、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。

再生医学新时代丨干细胞技术实现人造器官修复与再生！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）

3、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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4、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。

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国家点名，用干细胞修复器官

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。

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