創造不需要胚胎的胚胎幹細胞

Researchers create embryonic stem cells without embryo
http://phys.org/news/2014-01-embryonic-stem-cells-embryo.html

2014.01.30

(Phys.org) -- 自從發現人類胚胎幹細胞以來，科學家對它在廣泛治療各種疾病上寄予厚望，因為它們是多能性（pluripotent，多功能、萬能），亦即能分化成體內許多細胞類型的其中一種。

然而，自胚胎取得人類胚胎幹細胞會導致胚胎的毀損，因此引發道德顧慮。在 2006 年，研究者引入一收成胚胎幹細胞的替代方法，稱為：誘導式多能性幹細胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells）。他們提出證據指出，將遺傳物質（「外面的」DNA）引入細胞內（此過程會改變原本細胞的狀態），藉此讓一個一般的成年細胞恢復到未分化的、多功能的幹細胞狀態，是一件有可能的事。為了避免使用胚胎幹細胞，其他研究者則聚焦在成年幹細胞（adult stem cells，成體幹細胞、成人幹細胞）的運用。不過這些細胞的運用有所限制，因為不像胚胎幹細胞那樣能長成任何類型的成熟細胞，成年幹細胞只能長成某些細胞類型。

現在，來自 Brigham and Women's Hospital（BWH）的研究者與日本理化學研究所（RIKEN）發展生物學中心合作，證明任何成熟的成年細胞（一種「體細胞／somatic cell」）有潛力轉變成胚胎幹細胞的等同物。發表在 2014/1/30 當期的 Nature 期刊上，研究者在一種臨床模型中證明一種新穎且獨特的方式，使細胞能被再程式化（reprogrammed，重編程），一種他們稱之為「刺激觸發的多能性獲取（stimulus-triggered acquisition of pluripotency，STAP）」的現象。重要的是，這種過程不需要引入新的外部 DNA（這種程序通常用來誘使成年細胞恢復到多能性的狀態）。

"不再需要為了取得胚胎幹細胞而創造胚胎了。我們的研究發現證明，自體多能性幹細胞（這種來自個人的幹細胞，有用於治療的潛力）在沒有胚胎的情況下，的確有可能被創造出來。" 成年幹細胞的命運會因為將成熟細胞暴露在外部壓力或損害下而獲得大幅度的轉變。這項發現有減少使用胚胎幹細胞與受 DNA 操控的 iPS 細胞這類需求的潛力，" 資深作者 Charles Vacanti, MD 表示，麻醉學、周術期醫學與疼痛醫學系（Department of Anesthesiology, Perioperative and Pain Medicine）主任、BWH 組織工程與再生醫學實驗室主任以及本論文的資深作者。"這項研究若沒有 BWH 與 RIKEN Center 有意義的跨國合作，將無法成為可能，" 他補充表示。

受到植物癒傷組織（callus）能力的吸引（這一節植物細胞的創造可透過「傷害現有植物以生長成新植物」這種方法，譯註：請參考植物組織培養），研究者假設，任何成熟的成年細胞，一旦分化成特定細胞類型，可以透過一種自然的過程「去分化（de-differentiated）」，並不需要刻意將遺傳物質插入細胞。

"簡單的損傷是否能導致成熟的成年細胞轉變成幹細胞，那能夠發展成任何細胞？" Vacanti 兄弟如此假設。

以成熟成年細胞開始，研究者讓它們增殖（multiply）。將細胞暴露在各種充滿壓力的環境中，包括創傷、低氧環境以及一種酸性環境，藉此施壓使細胞達到幾乎瀕臨死亡的程度，研究者發現，就在幾天之內，細胞存活了，而且透過自然地逆轉成一種等同於胚胎幹細胞的東西，從充滿壓力的刺激中恢復。這種由暴露在外部刺激而創造的幹細胞，能夠再度分化與熟成為任何類型的細胞，並生長成任何類型的組織，端看它們被置於何種環境。

為了檢查這些細胞的生長潛力，研究者利用來自 GFP+ 老鼠的成熟紅血球，這種經過基因改造具有特殊的突變，會在特定波長的光線下發出綠光。他們對來自血液的 GFP+ 細胞施壓，將它們暴露在酸性環境中，並發現在接下來幾天的壓力之後，這些細胞恢復成胚胎幹細胞般的狀態。這些幹細胞、接著開始生長成球形團簇（spherical clusters），類似植物的癒傷組織（callus）。這些細胞培養接著被引入發展中的、非 GFP 老鼠（其細胞不會發綠光）的胚胎，以創造出混種細胞（一種嵌合體，chimera）。這種被植入的細胞培養能在所有接受檢測的器官中創造出 GFP+ 組織，證實此細胞具有多能性。

研究者假設，這些發現起因於這種可能性：未知的細胞功能因外部壓力而活化，使成熟成年細胞從當前環境中獲得解脫，並讓它們能夠恢復成「純真的」（naïve）細胞狀態。

"我們的發現指出，因為某種原因（那被認為是某自然的修補過程），成熟細胞關閉了某些外遺傳（epigenetic，表遺傳）控制，這些會抑制某些未知基因的表現，導致分化，" Vacanti 表示。

研究者提到，接下來要在更複雜的哺乳類動物細胞以及最終的人類身上探索此過程。

如果相同過程能在人類細胞上證明，那麼皮膚檢體或血液樣本，再不需要遺傳操作的情況下，研究者也許就能創造出專屬個人的胚胎幹細胞，那能創造組織而不需要插入任何外部遺傳物質到細胞內，為醫療選項創造出無盡的可能。

研究者寫道，更進一步的問題仍然存在；Vacanti 等人將關注於探索壓力刺激為何與如何驅使再程式化以創造出多能性的狀態。

※ 或許「癌症」也是如此形成。相關報導：

＊ Stimulus-triggered fate conversion of somatic cells into pluripotency
http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7485/full/nature12968.html

Haruko Obokata, Teruhiko Wakayama, Yoshiki Sasai,
Koji Kojima, Martin P. Vacanti, Hitoshi Niwa,
Masayuki Yamato, Charles A. Vacanti.
Nature, 505, 641–647 (30 January 2014)
doi: 10.1038/nature12968

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