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胚胎幹細胞究竟有多厲害?

更新時間:2009-02-05 by Angel

常常在新聞中聽到胚胎幹細胞這個名詞,然而這個小細胞對於我們究竟能有什麼幫助以及在怎樣的情況下能有所應用呢?就先從胚胎幹細胞從何而來開始瞭解吧!

大多數哺乳動物的胚胎,就如人類胚胎來說,在著床前之階段會於囊胚時期逐漸區分為內細胞團(inner cell mass)與滋養層細胞(trophectoderm cell),而胚胎幹細胞則為囊胚之內細胞團取得之具有全能性細胞(pluripotent cell),於體外培養(in vitro culture)中可無限增殖,具能分化三種胚層不同型態細胞之潛力,並保留正常染色體組型,學者指出胚胎幹細胞在未來是研究細胞與哺乳動物發育過程,給予極大的潛能,可應用於胚胎學與細胞取代療法(cell replacement therapy)之研究。至目前為止,建立胚幹細胞時會致使胚之毀損,造成道德上議題,學者遂不斷研發改良建立胚幹細胞株技術(embryonic stem cell line)。

生物學家對胚胎幹細胞愛不釋手,因目前為止,沒有任何一種成體幹細胞能比胚胎幹細胞更具分化的全能性。現今最新的文獻已指出已可利用各種適當的細胞訊息傳遞分子,能夠忠實地將胚胎幹細胞引導成為各種不同的體細胞 (像是運動神經元,多巴胺分泌神經元,肝臟細胞等)。這也是為何大家對於胚胎幹細胞寄予厚望,盼有朝一日胚胎幹細胞能完成治癒人類各種難纏的神經退化性疾病以及糖尿病的夢想。甚至有文獻指出利用特殊誘導因子能使胚胎幹細胞形成卵子與精子,這對於想生育卻卵巢衰竭的婦女或是無精症患者可說是一道曙光。

而目前鑑定胚胎幹細胞主要有以下幾種方式:

一. 生化標定物質:
如鹼性磷酸酶(Alkaline phosphatase)是一種具多能性細胞上才會具有的生化標誌。

二. 全能性幹細胞轉錄因子標誌:利用

  1. SSEA-1(Stage-specific embryonic antigen)、SSEA-4
  2. TRA1-60(Tumour rejection antigen 1-60)
  3. Oct-4(Octamer-binging transcription factor 4)
  4. Nanog等多數種胚幹細胞特有之標誌(species marker)來檢測細胞株,是否具有胚幹細胞之特性。
  5. 胚體(embryo baby formation)的分化測試:利用特殊化學物質,如維生素A衍生物(retinoic acid)添加於培養液中,可誘導胚胎幹細胞分化層基本胚胎會產生的內胚層(endoderm)、中胚層(mesoderm)與外胚層(ectoderm)三種不同功能導向的細胞分化。
  6. 染色體核型(karyotyping)分析:基本上胚胎幹細胞是可無限制的被複製在生成的,但唯有純正(pure)的胚胎幹細胞能一直保有不變的染色體核型,故在反覆的繼代培養下,仍須具備完整且正確的染色體核型。

三. 畸胎瘤(teratoma):
原理同為embryo baby,但此功能是應用於活體試驗(in vivo)中仍能有相同分化成三種胚層的全能性。

然而,相對於生物學家對胚胎幹細胞的愛不釋手,宗教人士卻對胚胎幹細胞的研究大為反對,因要建立胚胎幹細胞株,必須先破壞囊胚,然後從內細胞團(inner cell mass) 裡分離出幹細胞培養。雖然許多科學家認為囊胚尚未具有神經系統,尚稱不上是「胚胎」,但目前仍具一定程度的道德爭議。

因此,在2006年日本京都大學Shinya Yamanaka教授指出只需要將數種特殊基因送入已完全分化的纖維母細胞內,即可以把纖維母細胞重新設定變回幹細胞。學者將這種重新設定細胞稱為"誘導式多能性幹細胞" (induced pluripotent stem cells, iPS cells)。而iPS細胞的特質類似胚胎幹細胞,只需由特殊訊號分子的引導,即可將它們轉換成為各種體細胞,且iPS細胞具有類似先前胚胎幹細胞的全能性。iPS細胞已經跟胚胎幹細胞幾乎是具有相同的特質。另外值得一提的是,將iPS細胞成功轉變成全能性細胞的機率遠遠超過先前使用胚胎來產生胚胎幹細胞株的成功率。甚至英國Ian Wilmut(創造出桃莉羊的科學家)隨即宣布因此放棄用體細胞核轉移技術研究胚胎幹細胞,因他認為新的方法(iPS細胞)才是今後幹細胞治療的關鍵。

摘自 游,2006

直至目前為止,這些技術都尚在試驗性質,而在臨床服務的我們則是以吸取新知的角度去看待這些新穎研究,而在研究最前端的科學家們如何能在這場愛恨交加的掙扎裡尋覓一個平衡點,就成為當前研究以及使用胚胎幹細胞的一門重要課題。

參考資料

  • Chin-Der, Chen. Producing mice embryonic sterm cells by somatic cell nuclear transferr(SCNT). 2008. National Taiwan University Hospital.
  • Chung, Y., I. Klimanskaya, S. Becker, J. Marh, S. J. Lu, J. Johnson, L. Meisner, and R. Lanza. 2006. Embryonic and extraembryonic stem cell lines derived from single mouse blastomeres. Nature. 439: 216-219.
  • Meissner, A. ,and R. Jaenisch. 2006. Generation of nuclear transfer-derived pluripotent ES cells from cloned Cdx2-deficient blastocysts. Nature. 439: 212-215.
  • Park, S. P., Y. J. Lee, K. S. Lee, H. A. Shin, H. Y. Cho, K. S. Chung, E. Y. Kim, and J. H. Lim. 2004. Establishment of human embryonic stem cell lines from frozen-thawed blastocysts using STO cell feeder layers. Hum. Reprod. 19: 676-684.
  • Strumpf, D., C. A. Mao, Y. Yamanaka, A. Ralston, K. Chawengsaksophak, F. Beck, and J. Rossant. 2005. Cdx2 is required for correct cell fate specification and differentiation of trophectoderm in the mouse blastocyst. Development. 132: 2093-2102.

賴醫師的分享

評語圖片
  1. 從學理推測,胚胎幹細胞潛力無窮,很有可能是未來細胞治療的主角,甚至超越目前的臍帶血幹細胞,屆時儲存胚胎幹細胞會是另一項新的醫療服務。
  2. 創新的研究需要突破許多道德與宗教的禁忌才能有重大進展,這部份需要有智慧的政客適度鬆綁相關規定,否則只能停留在紙上談兵階段,還談不上對人類健康的應用。

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