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细胞重新编程突破“返老还童”瓶颈

来源:财经网
摘要:名列美《科学》杂志2008年度十大科学突破名单之首。十大科学突破中,生物技术仍然占据半壁江山人类关于“返老还童”的梦想,在即将过去的2008年,终于看到了新的曙光。旨在细胞水平上实现这一设想的细胞重新编程(cellreprogramming),在12月19日出版的美国《科学》杂志上,被评选为年度十大科学突破之首。细胞程序的重......

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名列美《科学》杂志2008年度十大科学突破名单之首。十大科学突破中,生物技术仍然占据半壁江山



  人类关于“返老还童”的梦想,在即将过去的2008年,终于看到了新的曙光。

  旨在细胞水平上实现这一设想的细胞重新编程(cell  reprogramming),在12月19日出版的美国《科学》杂志上,被评选为年度十大科学突破之首。

  细胞程序的重新编程,是近年来最受关注的生物学进展之一。它指的是已经分化的体细胞,在特定的条件下被改造后,可以被逆转成诱导多能干细胞(iPS)。这种细胞有些类似于原始胚胎状态中未分化之前的细胞,它虽然还不足以发育成一个全新的生命个体,但却可以发育成各种相应的人体组织和器官。

  事实上,细胞程序的重新编程,在两年前就取得了突破。2006年,日本京都大学的山中伸弥(Shinya  Yamanaka)等人,通过在老鼠的细胞中嵌入四个基因,成功地获得了iPS。此前,细胞的发育过程一度被认为是不可逆转的,就像人们认为时光不可能倒流一样:胚胎干细胞在分化为功能细胞后,不可能回转或分化为其他的功能细胞。

  因此,在再生医学的研究中科学家只能使用人体胚胎干细胞作为材料。然而,人体胚胎克隆技术,涉及到对胚胎的破坏,引发的伦理争议一直没有平息,因而这方面的研究也一直停滞不前。iPS则运用对体细胞的“重编程”,解决了这一难题,为再生医学的发展开辟了新的道路。

  2007年底,山中伸弥和美国威斯康星大学的詹姆斯•汤姆森(James  Thomson)/俞君英团队,通过插入四个特定基因,第一次成功地将普普通通的人体皮肤细胞直接改造为iPS。在此基础上,2008年,科学家在这项研究方面取得了更加令人瞩目的成就。

  一些科学家从罹患11种不同疾病的患者身上采集了皮肤细胞,并通过细胞程序重设将其转变成iPS。在被研究的这些疾病中,有许多种是很难或不可能用动物模型来进行研究,例如肌萎缩性脊髓侧索硬化症和帕金森氏病;对于饱受这些疾病困扰的患者而言,iPS或许是最为可能的希望所在,那就是利用自身的细胞来医治自己。

  这一发现无疑给这类疾病的病理研究提供了有效的帮助,同时,也将有可能运用于治疗这些疾病的药物筛选。

  而另外一组科学家则证实,“重编程”的细胞不一定非得先逆转到胚胎期的iPS;事实上,它可以直接转化为另一种成体细胞。这个研究团队在小鼠体内将外分泌胰腺细胞,直接诱导为另外一种可以产生胰岛素的细胞,从而实现了直接由成体细胞向目的细胞的“直通车”。这一成果也为治疗疾病带来了新的捷径,同时也很可能更加安全、有效。

  当然,细胞程序重设的技术要真正投入临床使用还需要克服许多问题。首先,细胞重编程的内在原理还没有被彻底了解。其次,在重新设计的过程中,需要用逆转录酶病毒或慢病毒作为载体,引入多能型因子,这很有可能导致癌变。此外,目前这种技术的成功率很低,细胞重编程成功的概率只有万分之一,不能够进行大规模的生产。

  这些未解的难题,也将会是未来研究工作的重点。据了解,如果科学家们最终能够掌握细胞程序重设的机理,更有效和安全地生产出“重编程”细胞,病人在未来将可能用他们自己的健康细胞来治疗疾病。

  随着细胞重编程技术的不断发展,中国政府对此也引起了重视,国家自然基金委员会也已经在今年发布了“细胞编程和重编程的表观遗传机制”重大研究计划,旨在阐明干细胞定向分化和诱导性多能干细胞形成的分子机制、解析疾病发生发展的机理、探索组织修复和器官重建及药物研发提供理论基础,总经费为1.5亿元。今年11月,科技部973计划中的“诱导多能干细胞的重编程机制研究”项目,也在中科院上海生物化学和细胞所正式启动。

  排在《科学》杂志2008年十大科学突破第二位的,则是科学家终于第一次看到了太阳系外有行星存在。之前,虽然人类已经发现了300多颗太阳系外的行星,但都是通过间接方式观测到的,并不在人类的视觉可见范围之内。

  而其他八项被列入2008年科学突破的,则分别是(排名不分先后):

  加长的癌症基因名单:通过对来自不同癌症细胞(包括胰腺癌和胶质母细胞瘤这两种最致命的癌症)的基因进行测序,研究人员找到了数十种去除了细胞分裂制动闸的基因突变,这些突变使得细胞步上了癌变之路。  

  新的高温超导家族:有些神秘材料,在高温下(其实仅仅是相对而言,绝对温度仍然很低)能够没有任何阻力地导电,我们称之为高温超导体。在2008年,研究人员发现了一个完整的由铁化合物而非铜及氧化合物组成的第二类高温超导体家族,它们会带来一场新的革命吗?  

  看活的蛋白质如何工作:生物化学家在今年看到了令人吃惊的大事件,因为他们目击了蛋白质在与它们的标靶结合后,可转换某一细胞的代谢状态,并起到了促成某一组织特性的作用。  

  可按需供应的再生能源:今年,研究人员发现了一种有前途的、具有产业规模的储存电能的新工具,或许这能够解决风能和太阳能发电的不稳定性问题,因为毕竟风和阳光并不总有。在一种相对容易获得的钴磷催化剂的帮助下,我们可以用电力将水裂解,使其释放出氢气;而后者则可以反过来添加到燃料电池中,从而再次产生电力。  

  胚胎视频:  研究人员对一个正在发育中的胚胎内的细胞的舞动,进行了史无前例的仔细观察。他们对组成斑马鱼胚胎的大约1万6000个细胞的运动进行了追踪,并对追踪的电影进行了纪录和分析,该胚胎处于发育一天后的阶段。  

“好的”脂肪的潜力:在一项可能为治疗肥胖症提供新方法的研究中,科学家们发现,他们可以将“好的”褐色脂肪转变为肌肉,反之亦然;至于为身体产生热量的工作,它可以由燃烧“坏的”白色脂肪来完成。  

  物质世界的重量:物理学家现在手上终于掌握了新的计算数据,这些数据显示标准模型(即描述大多数可见宇宙中的粒子及其相互间的作用的标准模型)可精准地预测质子和中子的质量是多少。  

  更快、更廉价测序:研究人员在2008年报道了一批(从长毛猛犸象到癌症病人的)基因组测序的研究,这些研究借助了不同的测序技术。这些测序技术,比那些第一代人类基因组测序的技术要快速和廉价得多。
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