生物科技研習營: 向大自然學習─幹細胞的研究

生技-4
萬能幹細胞
郭紘志 博士
中央研究院 基因體研究中心/細胞與個體生物學研究所

在動物發育的過程當中,細胞具有之分化能力會隨著個體發育之進程遞減,這個過程的最終結果產生了在我們體內形形色色的細胞種類,然而存在我們體內之大部分細胞種類,是不具有任何分化潛力之成體細胞,如此現象,一直是生物學家的認知建構一生物體之正常過程。

1998年位於美國威斯康辛大學之湯普森博士實驗室從不孕症治療剩餘之人類胚胎成功建立了第一株人類胚胎幹細胞株,並証明了人類胚胎幹細胞株具有一種能分化成人體內各種細胞之能力,此種分化能力即是所謂的 “萬能分化能力”。湯普森博士之研究結果證明了我們可以從人類發育非常早期之胚胎 ( 大約受孕後六天) 時期把具有萬能發育潛力之幹細胞以特殊實驗方法分離出來並長期培養,這是科學家第一次能把人類發育之進程以實驗室之方法停止住。由於人類胚胎幹細胞具有此種之特殊分化潛力,科學家們即於實驗室中進行各類之研究去探討及了解控制胚胎幹細胞萬能分化能力之機轉,另外研究人員亦嘗試使用人類胚胎幹細胞在體內外誘導形成各類細胞型態並移植進入動物體內以了解細胞性治療之可行性雖然有關人類胚胎幹細胞之研究於世界各國頓時風起雲湧,大眾並對以胚胎幹細胞進行之疾病治療多所期待。 不過胚胎幹細胞之應用面臨了兩大難題,一是對於使用人類胚胎建立胚胎幹細胞有極大之倫理爭議,二是使用人類胚胎幹細胞用於體內移植所造成之免疫排斥問題。為了克服以上之兩大難題,許多科學家因此思索能解決此二問題的最佳方法,當然最理想之方法是可以不使用人類胚胎而能建立出自體之萬能幹細胞,基於如此之想法,研究人員嚐試了以複製胚胎之方法來獲取與個體同源之萬能性幹細胞,然而此一方法並不能免除破壞胚胎之道德爭議,因為此過程仍需破壞複製之胚胎已獲得幹細胞。另外研究人員亦嘗試以人類體細胞與胚胎幹細胞進行融合以獲得萬能分化能力,但這些細胞為具有四套染色體 (正常細胞僅有雙套染色體) 之異常細胞,因此亦無法具有實際之應用潛力。正當大家苦思,除人類胚胎幹細胞之外是否還有任何實際可行之方法建立無道德爭議之萬能幹細胞時,在京都大學之山中伸彌教授於2006、2007年發表了震驚全世界之研究結果,他們成功的以病毒載體把與控制胚胎幹細胞萬能分化基因之重要轉錄因子送進已分化之老鼠體細胞內,並成功的利用四個轉錄因子之過量表達使老鼠已分化之體細胞重返回具有如同胚胎幹細胞之萬能分化潛力之狀態,山中教授接著以同樣之方法於2007年底證明,人類之體細胞亦可利用同樣之方法轉化成人類萬能幹細胞,至此,山中教授之研究結果克服了之前有關人類胚胎幹細胞應用之兩大難題,即不使用胚胎因此無倫理道德之爭議,其次使用個體本身之細胞進行轉化成萬能幹細胞,因此亦無移植後產生免疫排斥之問題。人造萬能細胞技術之成功,展示了人類可藉由對科學問題之探索而解決問題,並進一步創造出有利人類福祉之科技的可能性,不過每一創新科技之本身亦常伴隨著缺陷,如人造萬能幹細胞為例,目前遭遇之主要問題,還是它於活體內之安全性問題,因為目前建立人造萬能幹細胞之方法主要仰賴病毒載體,但在細胞內病毒會隨機嵌入我們的染色體中,因此有可能會造成對其它重要基因之功能造成影響,而導致不可預測之風險,如腫瘤之產生,或是威脅人體生命之未知因子,研究人員已針對以上之問題進行探討,期望能於不久之將來找出解決之方法,而使人造萬能幹細胞能於未來被使用於人類疾病之治療。