子宫内膜基质细胞

据英国《自然》杂志2日发表的一项研究，科学家用人多能干细胞建立了一个模型，可用来研究人类胚胎植入子宫的过程。人胚状体（blastoid）是模拟早期人类胚胎的结构，在研究中能准确再现人类胚胎早期发育的关键阶段，包括黏附在体外子宫细胞上。该模型或有助于推进我们对人类发育早期阶段的认识，以及开发不孕不育的治疗方法或避孕药。　　在受精后的一周内，人类胚胎会形成名为胚泡的细胞团，胚泡会植入子宫壁。准确模拟这一发育阶段的模型能支持对胚胎植入和早期发育的研究。利用干细胞构建胚泡的类似物是一种很有前景的方法，但此前的尝试遇到了瓶颈，比如会形成与胚泡不匹配的细胞。　　此次，奥地利科学院分子生物技术研究所研究人员尼古拉斯利弗隆及其同事，利用人多能干细胞构建了人胚泡样结构（胚状体）。研究团队鉴定出3个信号通路，抑制它们就能得到有效模拟正常胚泡发育（成功率70%）和能形成正确细胞（成功率97%）的胚状体。　　研究报告称，这种人胚状体能在体外特异性地黏附受激素刺激的子宫内膜细胞，让团队能重现直到第13天的围植入期发育过程。　　由于该模型效率高、可扩展潜力大。研究人员认为，这种方法能为人类胚胎植入和发育研究提供重要帮助。　　干细胞可揭示器官的形成机理，但此前这方面的研究，一直难以帮助我们更深入理解发育胚胎。通常来说，科学家试图培养本身没有干细胞的类器官时，都会用到多能干细胞这种更基本的干细胞类型。科学家既可以从人体胚胎中获得多能干细胞，也可将皮肤细胞或血细胞进行重编程进而培养出干细胞，然后诱导它们模仿特定器官的形成。　　不过，这些结构或者说微型器官，通常只复制了真实器官的某些结构和功能而非全部。

“10分钟便可识别子宫内膜癌。”3月28日，在中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室，娄筱叮教授用镊子拿着4平方厘米大小的芯片告诉记者，芯片上的检测探针，可以轻松地“抓取”蛋白质，检测时间从5天缩短至10分钟，检测精度也上升3个量级。娄筱叮教授向记者展示研发的检测芯片。通讯员孟梓娟 摄“目前，检测样机已经进入组装尾声。”娄筱叮教授边介绍边演示，手持移液枪，向芯片上加入20微升的样品，肿瘤相关的蛋白质信息就会显示出来，实现10分钟快速识别子宫内膜癌，而一般情况下诊断子宫内膜癌需要血液生化检查、肿瘤标志物检查、影像学检查、子宫内膜活检和细胞学检查等一系列的处理步骤，需要5天时间来确保准确性。在娄筱叮的检测样机中，探针和芯片是主要组成部分，也是检测样机的核心技术。她创新性地提出绕开传统检测的繁琐环节，将穿膜—识别—输出一体化检测技术作为科研目标，相较于传统检测步骤大为缩短。这个清明节，娄筱叮最想把“10分钟识别癌细胞”的科研突破告诉母亲。“2017年母亲因为癌症去世，就是没有早发现。”娄筱叮告诉记者，她的丈夫是武汉三甲医院的妇产科专家。丈夫给她传递了很多信息——很多年轻女性罹患妇科癌症，没有及时发现而丧失治疗时机，而且患癌年龄越来越早。尤其是子宫内膜癌，是妇科高发的恶性肿瘤，我国每年有20万新发病例。娄筱叮用移液枪操作加样。通讯员孟梓娟 摄一直耕耘在分析化学基础研究领域的娄筱叮，2018年开始专注于妇科癌症的早期发现的研究。她了解到：过去，临床上缺乏有效的子宫内膜癌早期筛查方法。常规的病理学筛查需要利用刮匙深入脏器进行有损取样，这不仅会令受检者经历难以忍受的痛苦，还有可能在采样过程“刮不到”“取不准”。经过5年努力，去年底娄筱叮研发了一种高灵敏高特异性探针，用探针“抓取”蛋白质，让蛋白质细胞“说话”——“看得到的数字，如同能够看清人的五官”，娄筱叮通过研发的检测芯片读懂细胞“语言”，检测精度比传统检测的灵敏度高了三个数量级。“快速检测可以让更多的患者得到及时的诊断与治疗。”娄筱叮表示，传统子宫内膜癌检测方法可能在设备和操作上成本较低，但在时间和劳动力上的成本较高。而现在她开发的新型生物传感检测技术，虽然初期投资可能较高，但更适合大规模检测，每次成本不过几十元。目前，芯片和探针都是娄筱叮团队自主研发，拥有自主知识产权，争取5年后检测样机能进入临床。

p style=" text-align: justify " 　　2012年，诺贝尔生理学或医学奖授予了英国科学家John B. Gurdon先生和日本科学家Shinya Yamanaka博士，表彰他们将成熟细胞重新编程，转化为可以分化为多种细胞类型的诱导多能干细胞(iPSC)方面的突破性研究。自从在2006年被发现以来，iPSC被誉为能够为再生性医药带来革命的发现。12年已经过去了，它们的研究进展到了那个阶段呢? /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/8fdee30a-2486-4dd7-a816-3f842a0fc0da.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 496" height=" 352" style=" width: 496px height: 352px " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " 2012年诺贝尔生理学或医学奖得主John B. Gurdon先生和Shinya Yamanaka博士 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " (图片来源：nobelprize.org) /span /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong iPSC的最初临床试验 /strong /span /p p style=" text-align: justify " 　　在2018年10月的一项外科手术中，京都大学(Kyoto University)的神经外科医生将240万细胞移植到一名帕金森病(PD)患者的大脑中。这些细胞是由匿名捐献者的外周血细胞重新编程成为iPSC，然后再分化生成的多巴胺能前体细胞。研究人员希望它们能够提高多巴胺水平，缓解患者的症状。 /p p style=" text-align: justify " 　　这项手术是临床医生们检测iPSC能否用于治疗疾病的最新尝试。近几年来，日本的科学家们启动了几项临床研究，检验它们在治疗心脏疾病和视网膜黄斑变性方面的功效。而世界其它地方的研究人员在探索将这些细胞转化为治疗从子宫内膜异位到脊髓损伤等一系列疾病的疗法。这些临床研究的启动给人们带来希望，这项获得诺贝尔奖的科学发现终将开花结果，为患者带来创新疗法。 /p p style=" text-align: justify " 　　“我很高兴他们试图将这项技术推入临床期，因为iPSC领域需要证明这些细胞具备成为再生性疗法的潜力。”伊利诺伊大学芝加哥分校的Jalees Rehman博士说。然而，将这一技术推入临床的过程也暴露出开发疗法时需要面对的挑战。 /p p style=" text-align: justify " 　　目前，只有少数患者接受了基于iPSC的治疗。在2014年，一名患有黄斑变性的女性接受了从iPSC分化的视网膜细胞的移植，这些iPSC来自于她自身的细胞。虽然她的视力没有因为这一治疗得到显著改善，但是“iPSC分化细胞的安全性得到了确认”，京都大学的Jun Takahashi博士写道。他也是帮助将iPSC分化为多巴胺能前体细胞的干细胞生物学家，这些细胞被用于植入到PD患者大脑中。他的太太，RIKEN发育生物学中心的Masayo Takahashi博士，生成了在这项临床试验中使用的视网膜细胞。 /p p style=" text-align: justify " 　　去年，有5名患者使用iPSC分化的视网膜细胞治疗同样的眼科疾病，这些iPSC细胞是从其它捐献者中获得的。其中一名患者出现了对移植体的严重但不致命反应，迫使医生摘除移植体。 /p p style=" text-align: justify " 　　更多的临床试验即将开展。明年，心脏外科医生们计划将由iPSC分化形成的心肌细胞组织移植到3名心脏病患者的心脏中，Takahashi博士计划在2022年之前再治疗6位PD患者。这些研究都处于临床试验的最早期。“现在对我们的临床试验做出任何判断都为时过早。”Takahashi博士说。 /p p style=" text-align: justify " 　　在有些研究人员等待临床试验的结果来验证iPSC是否具有再生疗法潜力的同时，另外一些学者正在大幅度推动临床前研究，开发出更多使用它们治疗疾病的方法。例如，加州大学洛杉矶分校的干细胞生物学家April Pyle博士最近开发出一种可能用于治疗杜氏肌营养不良症(DMD)的疗法。这是一种由于编码抗肌萎缩蛋白的基因出现变异而导致的严重疾病。她和她的同事使用CRISPR-Cas9技术在人类iPSC中修复了产生突变的基因，然后将它们分化成为骨骼肌细胞，并且将这些细胞注射到抗肌萎缩蛋白缺失的小鼠肌肉中。“我们能够在肌肉的局部区域恢复抗肌萎缩蛋白的表达。”她解释道。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/a58008f7-08a8-40f6-a434-3fd201ce687a.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" width=" 466" height=" 471" style=" width: 466px height: 471px " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " April Pyle博士(图片来源：April Pyle实验室官网) /span /p p style=" text-align: justify " 　　“我认为这才是开始，”Pyle博士说：“我觉得我们终于将要看到以前辛勤工作带来的成果，在这些最初的临床试验之后将会有许多后续的临床试验。” /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 克服进入临床研究面对的挑战 /strong /span /p p style=" text-align: justify " 　　如今，研究人员已经找出将iPSC诱导分化成为大多数已知细胞类型的方法。但是让这些细胞能够在新的组织环境中承担成熟细胞的功能是需要克服的另一个问题。例如在心脏中，研究人员发现新的干细胞需要与其它细胞在电生理特征方面达成一致。在细胞培养环境下对人类iPSC分化的心肌细胞的研究表明，对这些细胞进行电刺激，让它们在发育的过程中产生收缩，会让细胞更快成熟，意味着它们可能更能够承担在体内需要面对的工作量。 /p p style=" text-align: justify " 　　如何整合新细胞，让它们能够在受伤或疾病组织中生存是另一个问题。“你需要一个特别的基质么?它是水溶胶，还是一个补丁，还是一个类器官?如何能够让这些细胞长期生存?”Rehman博士问道：“这是我们在所有器官中都会遇到的挑战。” /p p style=" text-align: justify " 　　研究人员已经在使用猴子模型来评估移植过程的效率，Takahashi博士解释道。去年，他的团队证明，在猴子模型中，人类iPSC分化的多巴胺能神经元能够稳定地整合到已有的大脑组织中，这些细胞能够生成多巴胺并且最终可以改善类似PD的症状。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/45a8a316-9e69-4ece-98bb-28e46829043d.jpg" title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" / /p p style=" text-align: justify " 　　另一个移植iPSC生成组织的挑战是这些细胞可能触发癌症的风险。这一风险一直存在，因为这些细胞是从增殖能力非常强的细胞中分化而来。为了预防这一风险，Takahashi博士和他的同事们对移植细胞进行严密筛选，过滤掉那些未分化，最可能过度增殖的细胞。同时他们会将这些细胞植入到小鼠身上，检测它们生成肿瘤的可能性。 /p p style=" text-align: justify " 　　然而，“我们无法完全消除肿瘤生成的可能性。” 庆应义塾大学(Keio University)的妇科教授Tetsuo Maruyama博士说。因此，他认为这些手术应该聚焦于非必需器官，例如眼睛或者子宫。他最近成功地从iPSC中分化出健康的子宫细胞，计划用这些细胞来研究子宫内膜异位的机理，并且生成人类子宫内膜在临床使用。 /p p style=" text-align: justify " 　　另一个研究人员经常关注的问题是患者在接受由其它供体产生的iPSC时需要使用免疫抑制药物。例如，Takahashi博士的PD患者在长达一年的时间里需要使用免疫抑制药物，这可能让他们抵抗感染和癌症的能力下降。虽然存在这样的风险，很多研究人员仍然选择使用同种异体的干细胞，主要原因是这一策略在扩大化生产时可以节省时间、成本、和人力。 /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong “即用”型iPSC的优势 /strong /span /p p style=" text-align: justify " 　　开发“即用”型iPSC疗法对学术界和工业界都具有很大的吸引力。例如，澳大利亚的生物技术公司Cynata Therapeutics最近完成了一项1期临床研究，使用iPSC分化生成的间充质干细胞来治疗移植物抗宿主病(GVHD)。这种疾病在骨髓移植手术后发生，供体的免疫细胞认为受体细胞是外来物，并且对它们进行攻击，这往往会造成患者死亡。但是间充质干细胞可以分化成熟为一系列不同的细胞类型，抑制供体T细胞的增殖和激活，Cynata公司的产品开发副总裁Kilian Kelly博士说。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/903cbf81-f1f4-4f13-8730-5e80922b8a60.jpg" title=" 5.jpg" alt=" 5.jpg" width=" 520" height=" 188" style=" width: 520px height: 188px " / /p p style=" text-align: justify " 　　这项临床试验中，间充质干细胞通过静脉注射到15名GVHD患者体内，这些患者对类固醇疗法没有响应，预后情况非常糟糕。虽然现在评估疗效还为时过早，但是Kelly博士表示，他很高兴看到其中14名患者的病情得到了显著改善，这是一个好兆头。更便捷的是，免疫排斥对间充质干细胞来说不是一个问题，因为它们不表达触发免疫排斥的特异性抗原。“这意味着我们可以使用从单一iPSC库中获取的细胞来治疗几乎所有人。”Kelly博士说。 /p p style=" text-align: justify " 　　这也是多个机构在开发可以用来大规模开发再生疗法的iPSC细胞库的原因之一。例如，日本政府决定投资2.5亿美元来开发iPSC库存，帮助生物医学研究。捐献这些细胞的志愿者经过精心筛选，包括了不同种类的常见人类白细胞抗原(HLA)类型。这样，这些细胞和人群中的大多数人都具有免疫相容性。在进行移植时，患者可能只需要少量的免疫抑制。这是在使用患者特异性细胞和从随机供体中获得的细胞之间的折中方案。 /p p style=" text-align: justify " 　　综合来看，这些细胞能够与日本人口中70%的人群免疫相容。对于像美国这样的遗传背景复杂的国家来说可能更为困难，但是研究人员已经开始向这个方向努力。一家位于威斯康辛的名叫Fujifilm Cellular Dynamics的公司正在试图开发一个iPSC细胞库，它可以与大部分美国人口相匹配。 /p p style=" text-align: justify " 　　在这些努力继续进行的同时，世界各地的研究人员仍在研究将这些细胞应用于临床的细节。“我们离临床应用越接近，对需要解决的挑战的认知就越清晰，”Rehman博士说：“我认为这是科学发现非常正常的过程。” /p p style=" text-align: justify " 　　 span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 参考资料： /span /p p style=" text-align: justify " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 　　[1] Increasing Number of iPS Cell Therapies Tested in Clinical Trials. Retrieved December 4, 2018, from https://www.the-scientist.com/news-opinion/increasing-number-of-ips-cell-therapies-in-clinical-trials--65150 /span /p