圖/ Yapei
文/郭詠澧
今年大阪世界博覽會的日本館展出了生命科學的黑科技「人造心臟橫空出世」,全球首個國家用iPS細胞培育出心臟器官,吸引許多參觀世博會者的注目。2006年日本科學家山中伸彌首次成功誘導出iPS細胞,立刻在醫學界掀起一陣熱烈討論與研究,並因此獲得2012年諾貝爾生醫獎。因為iPS細胞的發明,解決了胚胎幹細胞的倫理爭議,並為再生醫學與疾病研究帶來革命性的突破。
什麼是iPS細胞?它的全名是「誘導性多能幹細胞」,(induced pluripotent stem cells),是一種由哺乳動物的體細胞透過特定的誘導因子,經過轉錄因子等手段重新編輯,分化成不同種類細胞的幹細胞,使其具有類似胚胎幹細胞的多能性。
多功能性 來源廣泛
這些體細胞可以被誘導回到一種類似胚胎幹細胞的狀態,具有分化為多種細胞類型的能力。2006年,山中伸彌使用小鼠做實驗,成功將成熟體細胞轉化為具有多向分化潛能的幹細胞。2007年,研究人員又證明iPS誘導技術可以應用於人體細胞。
這神奇的iPS細胞具有兩種特性:
多能性:iPS細胞類似胚胎幹細胞,可分化成身體各種組織的細胞類型,如神經細胞、心肌細胞、肝臟細胞、胰島細胞等,具高度分化的潛力。
來源廣泛與無倫理爭議:iPS細胞可以從患者自體細胞如皮膚或血液細胞中取得;因為不是胚胎幹細胞,不需依賴胚胎,因此不涉及倫理問題,避免了社會議題的爭議。
逆天改命 重塑健康
因為iPS細胞具有以上特性,醫學界已應用到下列幾個領域:
個體化的再生醫學治療:iPS細胞可分化為特定功能細胞來治療疾病,用於修復受損組織或器官。例如胰島β細胞可治療糖尿病;在帕金森病治療中,將患者的皮膚細胞誘導為iPS細胞,再將其分化為多巴胺能神經元,然後移植到患者大腦中替代受損的神經元,恢復神經功能來治療帕金森病。又因為是利用患者自身細胞誘導產生的iPS細胞,可減少免疫排斥反應,實現個體化的再生醫學治療。
疾病模型的研究:透過誘導患者體細胞為iPS細胞,使其分化成疾病的細胞類型,模擬疾病的發生與發展過程,有助於深入了解疾病的發病機制,為疾病的診斷與治療提供理論依據,建構疾病模型測試藥物的有效性,亦可尋找新的治療靶點及開發新的治療方法。對於一些遺傳性疾病,可透過iPS細胞分化得到的細胞來研究基因突變如何導致疾病產生。例如地中海貧血症,利用患者體細胞進行基因編輯,糾正其中的基因缺陷後,誘導為iPS細胞,並分化為正常血細胞,為治療這類疾病提供新思考與新方法。
藥物篩選與安全性測試:利用iPS細胞分化得到各種類型細胞,可建構體外疾病模型用做藥物篩選與安全性測試;這種過程可以更準確地評估藥物在人體內的療效及安全性,減少藥物研發過程中的失敗率,降低研發成本,加速新藥開發過程。以心臟藥物為例,將iPS細胞分化為心肌細胞,然後將藥物作用於這些心肌細胞,觀察藥物對心肌細胞的收縮功能、細胞存活率等指標的影響,從而篩檢出對心臟毒性小且藥效好的藥物。
iPS細胞已作為一種具有無限潛力的再生醫學工具,為治療多種疾病帶來希望,並推動再生醫學領域的快速發展。iPS細胞技術的誕生,讓人類擁有「改寫生命程序」的鑰匙;從實驗室到病床,從基礎研究到醫療產業,其影響已超越醫學範疇,重塑生命科學的研究規模與社會倫理架構。正如山中伸彌所言:iPS技術讓我們有機會逆天改命,從細胞開始,重塑健康與生命。
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