日本用人体细胞重塑眼角膜

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作者：李恬 南方周末
) ^8 d# A+ @7 l3 A# S% h2016-07-25 10:19:10
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! J0 z9 ~5 _+ Q/ H0 q  p9 D把干细胞诱导为复杂的眼部组织一直是个科学上的难题，最近日本科学家使用iPS技术成功重建了眼部的角膜上皮组织。. ^/ j& U6 A) {' ]6 e
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近日，日本大阪大学研究人员在世界上首次成功利用人体细胞培育出角膜、晶体和视网膜等眼部组织，该成果发表在著名科学杂志《自然》上。这项研究将帮助医学工作者利用患者自身细胞培养而成的诱导性多功能干细胞（iPS）重建眼部的角膜上皮组织，让患者重见光明。与传统的捐赠来源的角膜相比，这种人工角膜不但来源充足，而且不容易发生异体移植排异反应。
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早在2007年，日本科学家山中弥伸就通过转基因诱导，让高度分化人体成体细胞“返老还童”，重新变成分化能力的干细胞，也因此获得2012年的诺贝尔奖。这种由成体细胞“逆生长”而成的干细胞被称为诱导性多能干细胞。诱导性多能干细胞不但具有和胚胎干细胞一样的分化潜力，而且与胚胎干细胞相比，来源更为广泛，更加容易获得。从诞生之初，诱导性多能干细胞就成为世界科学家关注的热点。- ~' i! `. k. x) b
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经过诱导和培养，诱导性多能干细胞可以分化为各种细胞和组织，甚至发育为一个新器官，为需要器官移植的患者提供器官来源。由患者自身细胞培养而成的诱导性多能干细胞，由于是同源细胞，培养得到的新组织、器官移植到患者体内，不会引起异体移植排异反应，是器官移植的理想来源。到目前为止，科学家已经利用诱导性多能干细胞培养出肝脏细胞、心肌细胞、神经细胞、造血干细胞等，使诱导性多能干细胞在临床医学中的应用有望成为现实。2009年，中科院首次利用诱导性多能干细胞培养出活体小鼠，证明了诱导性多能干细胞具有与受精卵一样的全能分化能力。7 T1 c/ V; d/ z3 F. m
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然而，诱导性多能干细胞并不是百分百安全的。这种细胞在临床应用时，虽然不会造成排异反应，却有分化为肿瘤细胞的风险。到目前为止，科学技术仍不能完全控制诱导性多能干细胞向肿瘤分化的风险。这也让诱导性多能干细胞的临床应用前景蒙上了一层阴影。
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% C! ~' d2 f# D3 w但是，科学家和志愿者们并没有因噎废食，毕竟这项新技术有可能挽救成千上万的病人。2014年，日本科学家首次将诱导性多能干细胞培养成的视网膜移植到一位眼病患者体内，这是世界上首例诱导性多能干细胞的临床应用。8 w8 w  f  r* _: e; O/ _

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! ^- {3 \5 V4 A. s" R6 Y$ T" m眼睛的构造极其复杂精细，角膜、视网膜、结膜、晶状体，任何一个组织的病变都可能导致眼睛失明。而来源于遗体捐献的角膜极其有限。利用干细胞培养眼部组织，成了专家们关注的问题。然而把干细胞诱导为复杂的眼部组织，技术难度大，一直是个科学上的难题。
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直到2007年，日本首次从成人的角膜上皮提取成体干细胞，利用这种干细胞培养出角膜和结膜组织。这个历史性的成就，预示着干细胞技术将在眼部疾病的临床治疗上大显身手。然而，这种成体干细胞数目稀少，分化潜力不强，在临床上应用范围很窄。/ {" c1 `. q  [% R& ]

! }6 s  I9 L3 q3 l2014年，美国霍普金斯大学的研究人员首次利用诱导性多能干细胞培养出具有感光能力的立体视网膜组织。这是诱导性多能干细胞首次被诱导为人体眼部组织。研究带头人、约翰·霍普金斯大学医学院的眼科学副教授M·瓦莱里娅·坎托-索莱尔博士表示，他们能从患有视网膜疾病的病患者体内提取细胞，并将其转化为干细胞，培养出多个视网膜。实验室培养出的视网膜组织，将取代患者病变或者死亡的视网膜组织，从而使患者恢复视力。
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重塑角膜
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: U3 Q. B+ F' C' o$ u5 F$ E在日本大阪大学发表的最新研究中，研究人员将诱导性多能干细胞培养成含有角膜、晶体和视网膜的组织，并从中分离出角膜组织。他们把培养出来的人工角膜组织移植给失去角膜的兔子，取得了理想的实验结果。, q. f( T2 G1 V3 m

0 T9 N% E* {' A2 b$ P在过去的研究中，研究人员只能把诱导性多能干细胞培养为眼球的后半部分（比如视网膜、视网膜色素上皮细胞等）；而本次研究中，研究人员经过诱导，使诱导性多能干细胞成功分化为眼球的前半部分（比如角质层和晶状体等）和后半部分（比如视网膜和视网膜色素上皮细胞等），这项研究发现属世界首次。, ~; q* A* j7 U; i3 T) P; ]
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诱导性多能干细胞应用于培养人工角膜，有着得天独厚的优势。首先，诱导性多能干细胞源于患者自身细胞，不容易引发异体移植排异反应；其次，虽然诱导性多能干细胞可能产生肿瘤细胞，但角膜中没有血管，内部环境不适合肿瘤细胞生存，所以诱导性多能干细胞培养而成的角膜产生肿瘤的可能性非常低，非常适用于角膜移植。# w+ z1 i- S/ [$ T" {& \

& Z% x6 @$ M8 j8 e取得这个鼓舞人心的结果后，该研究小组表示，他们将于2016年度底前后向大阪大学伦理委员会申请实施临床研究，使因受伤或疾病而受损的角膜重获新生。
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研究人员认为，这一研究成果有可能带来新的治疗方法，用人工角膜代替捐赠角膜，补充了捐赠角膜来源的不足，让更多患者重见光明。在两年时间内，这种人造角膜有望移植给患者。
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