不需基因工程 「酸」成再生醫學解藥

日本女科學家 創造STAP多能性細胞

【本刊訊】日本理化學研究所再生醫學新突破,小保方晴子博士以酸性溶液刺激新生小鼠細胞,引導細胞成為具備分化成多種細胞能力的「多能性細胞」。既不需經過基因工程,又簡單、快速、有效,這項研究已引起許多的討論與關注。

如何讓已分化成擁有某一特定功能的細胞,回到能夠分化成多種細胞的幹細胞,成為再生醫學最根本、也是最重要的一個環節。2012年山中伸彌教授才以「誘導性多能幹細胞」(iPS cell)獲得諾貝爾生醫獎的肯定,也促使更多科學家朝研究、改善iPS細胞製程為目標努力。不過這次日本科學家小保方晴子(Haruko Obokata)卻打破傳統細胞生物學的認知,以新的方式誘導,使細胞重獲類似幹細胞的能力。

弱酸刺激細胞

小保方晴子所領導的研究團隊,以新生小鼠的細胞作為材料,將細胞浸泡於弱酸性溶液中加以刺激後,再放回一般的培養液中培養。經過酸性刺激後約有25%的細胞可存活,而經過一個星期的培養後,其中30%的細胞重新獲得分化成多種細胞的能力, 小保方稱這種現象為「刺激觸發獲取多能性」(stimulus triggered acquisition of pluripotency, STAP),而後簡稱這種方式誘導出的細胞為STAP細胞。從體細胞到獲得STAP細胞的成功率約為7~9%,比山中教授的iPS細胞的1%成功率來得高;而且時間上僅需2~7天,也較iPS細胞的2~3週短。

小保方的想法來自一些實驗細節的觀察,她發現細胞擠壓通過毛細管時,部分的細胞會縮小至幹細胞的大小。因此她試圖給予細胞不同的壓力,例如培養在養分缺乏、高溫、高鹽等環境下,發現在三種環境壓力下,會造成細胞展現多能性的生物標記(marker),包含受到能在細胞膜上穿孔的細菌毒素刺激、浸泡在弱酸環境和物理性擠壓這三種壓力,其中以弱酸性的影響最為顯著。

如何證明STAP

為了證明STAP細胞具有多能性,研究團隊將STAP細胞染上螢光,再注入新生小鼠的胚胎中。小鼠長大後身上各種組織細胞,皆看到螢光細胞的存在,這表示STAP細胞具有多能性,能形成各種細胞。

儘管如此小保方的實驗計畫仍被駁回,審查委員要求她證明多能性細胞是由體細胞轉化而來,而非原本就存在。最後她選擇以免疫細胞中的T淋巴細胞作為STAP細胞的材料,T淋巴細胞的成長過程中牽涉到基因重組,成熟與未成熟的細胞基因差異大,因而成為相當好的素材。目前研究團隊已運用多種細胞進行測試,發現腦、皮膚、肌肉和其他細胞皆可以形成STAP細胞,不過轉化效率隨著小鼠年齡的上升而下降。

超越iPS細胞

最讓人訝異的是這樣的STAP細胞具有分化成胎盤組織的能力,這是iPS細胞和胚胎幹細胞都沒有的能力。科學家表示這將讓複製技術更為簡單,以往複製胚胎需要在體外培養後再送入代理孕母中;若STAP細胞可自己形成胎盤,就可以直接植入代理孕母體內。不過科學家同時也表示,這目前僅僅是個夢,離實踐還很遙遠。

堅持不放棄的科學熱忱

此項研究的主持人小保方晴子花費五年的時間,才讓這個研究得到國際期刊Nature的肯定。這位年僅31歲的年輕科學家,在求學期間屢受指導教授肯定,但卻因堅持非生物學主流的理論而受多方質疑。科學界多認為經由刺激無法使體細胞轉化具有幹細胞能力,甚至有科學家指稱這個理論,是在嘲笑數百年細胞生物學的發展。即使內心覺得很難過,不過小保方晴子仍撐過來,在這過程中提供實驗鼠技術指導的若山照彥博士,成為支持她、幫助她的很大動力。

原本非生物背景的小保方晴子,運用化學專長進入再生醫學領域,也因為她不受既有理論的束縛,依靠著對事物敏銳觀察的能力,以及熱忱和執著,終於讓她在這個領域獲得肯定。小保方表示目前已著手進行下階段的實驗,將探討這個細胞轉化過程與幹細胞活性間的關係,以及嘗試以成鼠和人類細胞進行實驗。

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