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幹細胞的未來

醫學的進步一日千里,過去那些如「解剖學」、「病理」、「藥理」、「臨床」等刻板印象的醫學字眼,已被「分子醫學」、「基因」、「幹細胞」等取代,成為新一代的當紅關鍵字。現今的疾病臨床診斷及治療已和傳統概念大相逕庭,醫界除了用全新的角度和視野去面對疾病外,也結合生物工程、遺傳工程等其他領域,形成了一種新範疇。
 
 
 
醫學的進步一日千里,過去那些如「解剖學」、「病理」、「藥理」、「臨床」等刻板印象的醫學字眼,已被「分子醫學」、「基因」、「幹細胞」等取代,成為新一代的當紅關鍵字。現今的疾病臨床診斷及治療已和傳統概念大相逕庭,醫界除了用全新的角度和視野去面對疾病外,也結合生物工程、遺傳工程等其他領域,形成了一種新範疇。我們在面對疾病時,將有更多的方法和治癒希望,也對未來有更多的想像。

器官重生新選擇

當汽車拋錨或故障時,我們直覺的動作就是拖到維修廠檢修,如發現損毀的零件,就會換上一組新的,使它恢復正常功能,車子也可再次上路。這種針對毀壞或短缺的零件,從倉庫裡取用、更換的概念,其實已運用在現代醫學中,「輸血」、「骨髓移植」與「器官移植」就是常見的例子。

但是,零件會有短缺的一天,器官移植除了短缺外,也常有「異體相斥」的情況發生,要如何解決這樣的問題,「幹細胞治療」提供了一條新的路。當病人的心肌梗塞造成部分壞死,以致心臟無法正常跳動,訊號無法正常傳遞時,可以把「成體幹細胞」打進壞死的心肌附近,促使其生長出健康的心肌,如此心臟就可恢復正常運作,這就是「幹細胞治療」的基本概念。而這種以「細胞治療」取代「移植」的觀念,是近十多年來醫學上的新希望。

難以面面俱全

幹細胞是一種相當原始、未特化的細胞,具有再生、分化成各種組織器官細胞的潛力。1988年,第一次在小鼠的胚胎裡找到胚胎幹細胞,其後歷經10年的研究,人的胚胎幹細胞才於1998年問世。利用幹細胞修補人體器官的缺損與治療疾病的再生醫學方法,有許多人認為會帶給後世極大的影響—因為理論上,胚胎幹細胞可以長成各式各樣的器官細胞,可能修補任何毀損的器官,甚至治療絕大多數的疾病。

胚胎幹細胞的發現無疑打開了「再生醫學」的大門,而在這個全新的領域裡,「幹細胞」當然是最主要的元素,其次在細胞與細胞之間形成介面的部分,就需要仰賴如「醫學工程」、「生物醫學」等其他領域的加入才能完成。

若以幹細胞的來源分類,可以分成「胚胎幹細胞」、「成體幹細胞」與「萬能幹細胞」3種。「胚胎幹細胞」取自生物的胚胎,因此以胚胎為名。「胚胎」是生命的起源,是形成各種組織、器官的源頭。因胚胎幹細胞具有不斷增生、分化成各種器官細胞的能力,所以能運用在很多地方。

如此萬能的幹細胞卻有一個很大的限制,就是目前若要取得一個胚胎幹細胞,必須先毀掉一個胚胎,這也意味著必須犧牲一個生命。這種幹細胞的來源極具道德與倫理上的爭議,也因為如此,雖然胚胎幹細胞在學理上是最好的幹細胞,但使用它來治療卻頗具爭議。一些具天主教色彩的歐美國家更是對這技術有相當大的異議,胚胎幹細胞還有排斥的問題,形成腫瘤是另一個讓人擔心的課題。

另一種較無爭議的是「成體幹細胞」,依取自人體上的器官或部位而命名,例如取自骨髓的是「骨髓幹細胞」,取自脂肪的是「脂肪幹細胞」,常見的還有「胎盤幹細胞」與「臍帶血幹細胞」。這類幹細胞由於大多是由自身取出,因此沒有任何道德爭議問題,也沒有排斥的問題,並且可以是對美容瘦身抽脂手術後,或生產後的廢棄物加以利用,如體脂肪、臍帶血、胎盤等,因此成為目前較常見的幹細胞來源。

但是它可以分化成的細胞種類有特定的限制,且無法大量增生,例如「骨髓幹細胞」容易運用在骨骼、血液製造等相關方面的器官或疾病治療,較難轉用在其他方面。「臍帶血幹細胞」則多應用在包含急性淋巴細胞性白血病在內的一些血液腫瘤疾病,特別是使用在兒童身上。這些限制都讓成體幹細胞的應用性打了不少折扣。

最新的「萬能幹細胞」(iPS)是2006年日本的山中伸彌(Shinya Yamanaka)教授所研發的,這是利用皮膚細胞經由一些特殊的基因處理,而獲得近似胚胎幹細胞的一種幹細胞。由於取得的過程沒有牽涉到受精卵或胚胎,也較無倫理爭議性,但其所得卻是近似胚胎幹細胞般具有廣大的分化能力,能應用在很多器官上,成為近年來很受注目的焦點。

這種萬能幹細胞目前在運用方面尚有一些隱憂,就是它使用的基因組成型態十分近似癌細胞,大部分學者擔心如此直接使用在人體基本器官上,恐會引發癌症。

挑戰與契機

幹細胞在再生醫學上可運用的範疇是如此地廣泛與深入,在其問世後,許多具有這種醫療技術的國家無不爭相投入研究與發展,但在臨床醫學應用上出現了許多問題。

近年來,在泰國、韓國、俄羅斯等地都傳出病患在接受幹細胞治療後突然死亡的消息;而探究其死因,都是在體內的其他部位生長出不該有的東西,這表示幹細胞的醫療應用,在分化的「控制性」方面是另一個大挑戰。也難怪在醫學技術領先的美國,其官方對於幹細胞的臨床運用卻採取十分強烈的管制態度。美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration, FDA)目前僅針對脊椎與視網膜再生這兩方面的疾病,開放第一期胚胎幹細胞治療的臨床試驗。

幹細胞的使用開啟了「再生醫學」的大門,它的應用範圍卻不僅如此,在可以預見的未來,它將和「個人化醫療」、「基因工程」等領域擦出火花。

在過去,醫藥的使用與研發多是依照疾病的症狀與研究為主軸,總以一個被動式的角度給予病患治療,而在製藥的過程中,在進入人體試用階段前,也免不了要先通過動物實驗。然而這樣的流程與概念並非萬無一失,越來越多的藥品被發現使用在動物身上雖安全無副作用,應用於人體時卻會引發其他嚴重的後遺症。

未來,「個人化醫療」將打破這一僵局。病人的皮膚細胞被取用、轉製成萬能幹細胞後,可經由培養技術獲得各種具「個別性」與「專一性」的器官細胞,這時製藥技術的介入將可為患者的疾病量身訂製藥品,甚至可以預防一些潛在疾病的發生。此外,這樣的概念可以運用在一些大眾用藥的研發過程中—先以人類的萬用幹細胞所分化、養成的各種器官細胞做為實驗對象,由於這等同於施用在人體身上,若有任何後遺症狀可較準確地顯現,這將減低日後實際運用在人體時的潛在風險。

「器官零件庫」會成真嗎

在基因遺傳與複製上,幹細胞的運用也有許多想像空間。例如,目前已有成功的案例是先把某一體型較小老鼠的胚胎中主控某一部分器官生長的細胞移除,再植入由另一體型較大老鼠所培養的萬能幹細胞,最後這胚胎能長成一隻小老鼠,卻具有另一品種老鼠的某些器官。未來,當這樣的技術發展純熟時,也許會出現一些具有人類器官(如心臟、肝臟、腎臟等)的動物,而可能成為病患的「器官零件庫」。

如此推想下去,當動物能具有人類的器官(甚至是大腦)時,人與動物間的交流是否可打破過去物種的藩籬?人類若也能具有某些動物的器官時,「蜘蛛人」或帶有翅膀的「天使」或如電影〈決戰猩球〉的猩猩,也許就真能出現在你我的周圍!

從過去的「器官移植」到現在的「再生醫學」,醫界總是不斷地為人類尋找可以修補受損器官的方法,現在「幹細胞」的運用似乎帶來新希望。未來,只要諸如控制性分化、基因治療等諸多問題得以解決,血庫裡將永遠不會缺血,肝、腎、甚至是心臟和大腦等重要器官隨時都能汰舊換新,人們有更多歲月能「健健康康」地活著,將不再是遙不可及的夢想!

「2011科學季:未來科技狂想曲」專題演講報導

由國科會主辦的「2011科學季:未來科技狂想曲」於100年10月14日至11月25日在中正紀念堂展出,同時舉辦多場與本展主題相關的演講。臺灣大學醫學院何弘能教授於11月5日以「幹細胞的未來」為題發表演講,本文為其菁華報導。
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