人体组织或器官可以完全再生,从而达到永生吗?

人体组织或器官可以完全再生,从而达到永生吗?

熊伟铭,华创资本:前沿科技早期投资

「永生」是个哲学概念,个人认为不可能,至少我们的蛋白质身体无法永生。想起朋友给我讲的修车经验:德国车只要不停换零件,就可以继续延长里程,而日系车从来不出问题,然而一旦开始换零件,整车就开始出现大问题,系统耦合开始分崩离析。从人体而言,我们可能更像「日系车」。我们需要从一个更高的层次来看待人类寿命的延长以及局部功能的再生修复。中国传统道家的思想中就有宇宙分层的概念,从物质的世界到能量的世界,每一层世界的提升都可以延长生命的周期。

器官再生的现象在自然界中并不罕见,比如水螅、涡虫只需要保留非常小的一部分组织,就可以重新长出完整的身体,壁虎、蝾螈的在尾巴断掉之后还能够快速的再长出一条尾巴,而科学研究的模式动物斑马鱼更是有许多的重要的器官都可以再生,比如心脏、脊髓、鱼鳍等。人类有些器官会有一些再生能力,比如肝脏,一个健康人失去 2/3 的肝脏,剩下的那 1/3 也可以在几个月之内再生,恢复到正常的大小。人类皮肤和毛发的再生能力也还算顽强。但离我们希望的不论受到什么伤害,不管是断指受伤还是心肺破损,都能再生,还有很大差距。

图片来源:Cellular Dedifferentiation and Regenerative Medicine

解决人类器官再生的关键问题是再生机制及其差异尚不清楚。解决这些问题至关重要,这样我们才能更好地规范再生过程。从动物再生模型中科学家也在致力于解决如下为题:(1)是什么引发了对损伤的再生反应? (2)这些因子是如何被转导到活性干细胞或成熟细胞中进行增殖的? (3)这些活化细胞在再生过程中如何协调它们的细胞行为,如增殖、迁移和分化? (4) 为什么低等动物的成熟细胞可以去分化成祖细胞,而哺乳动物在没有常驻干细胞的情况下受伤后不能这样做?在大多数情况下,再生过程确实类似于发育过程。一个关键问题是动物如何在受伤的情况下解锁发育程序。为了解决这个问题,首先必须剖析成体细胞维持分化状态的机制。例如哺乳动物中,受损的微环境不利于再生,特别是,哺乳动物的炎症环境促进了纤维化而不是再生。

在近几十年的科学研究中,随着干细胞生物学和发育生物学的不断进步,器官再生领域也取得了巨大进展,再生医学领域也迎来新的机遇。1998 年美国科学家 James Thomson 首次建立了人的胚胎干细胞系,被美国《时代〉杂志誉为 2001 年“美国最佳科学家”。2006 年日本科学家 Shinya Yamanaka,从小鼠体细胞重编程为诱导多能干细胞 (Induced Pluripotent Stem Cell: iPSC),iPSC 和胚胎干细胞有非常相似的生物学特性,相对来说不会带来伦理问题。越来越多的科学家和公司运用干细胞的再生能力,加入到再生医学的大军中来。诱导干细胞领域还在不断进步,今年四月份北京大学邓宏魁教授领衔的团队,在干细胞领域取得突破性成果,首次在国际上报道使用化学小分子诱导人成体细胞转变为多能干细胞。之前在知乎上已经有非常详细的报道(北大邓宏魁团队首次实现化学小分子诱导人成体细胞转变为多潜能干细胞,这一研究有哪些突破?)。干细胞领域的创业公司也是层出不穷:40 家干细胞治疗企业

图片来源:Organ regeneration based on developmental biology: past and future

生物医学工程的器官修复、细胞命运决定、干细胞诱导的上皮和间充质细胞的产生等,为体内功能性器官再生的概念提供了证据。类器官研究已经证实,通过利用模仿器官发生的特定模式和位置​​信号的细胞因子,概括胚胎体模式并在自组织多能干细胞之间建立器官形成场,几乎所有器官都可以在体外以微型器官的形式产生。最近,由包括毛囊在内的多个器官组成的外皮器官系统的再生也已经实现。

图片来源:Organ regeneration based on developmental biology: past and future

然而目前类器官技术仍处于只能再生微型器官且结构和功能恢复有限的阶段,且这种技术可以用作药物发现的分析系统,以及具备通过移植多个微型器官来治愈受损器官的钱能。目前,开发能够在器官内供应血管的体外 3D 培养系统对于在体内生长具有足够功能的微型器官和类器官至关重要。类器官大小限制的一个相当大的问题是类器官内部缺乏营养供应。作为再生医学的一部分,干细胞的自体移植,包括骨髓和组织(例如皮肤、角膜和心肌片),已经通过干细胞移植和组织移植疗法应用于临床。对于器官丧失正常功能的患者是否可以采用下一代器官再生疗法作为一种新的临床疗法,仍然在探索中。

目前器官再生类公司也在积极推进相关产品研发,例如, 2016 年创立的细胞治疗生物技术公司 BlueRock Therapeutics (BAYN),总部位于马萨诸塞州的 Cambridge, 2019 年 8 月起成为拜耳的子公司,正在开发 iPSC 衍生的细胞疗法,针对帕金森病、心力衰竭和眼部疾病。2015 年建立的生物科技公司 Semma Therapeutics,2019 年底为 Vertex Pharmaceuticals 公司以 9.5 亿美元收购,正在开发一种治疗 I 型糖尿病的 iPSC 衍生的胰岛β细胞。Stemson Therapeutics 是一家临床前阶段的细胞治疗公司,成立于 2018 年,总部在加州 San Diego 该公司一直在开发一种治疗脱发的方法,使用 iPSC 生成新毛囊的专有技术,促使毛囊再生和新的真皮乳头生长。在中国,利用多潜能干细胞疗法改善器官功能的公司也层出不穷,无论是睿健生物、霍德生物及艾尔普医学,还是新玩家士泽生物、跃赛生物等,都预示这器官再生领域的美好前景。