2005年7月10日,上海向香港捐獻首例造血幹細胞。說起幹細胞,大家都知道幹細胞擁有能變化成人體內所有類型細胞的“本事”,那麼,幹細胞能成為提供器官的倉庫嗎?
幹細胞能不停地自我更新,還能變化成一種或者許許多多特定類型的細胞。從幹細胞能變化成人體內所有類型細胞的“本事”來看,它們確實有希望成為替換人體組織和器官的源源不絕的“倉庫”。
要想知道為什麼幹細胞能有這種“千變萬化”的本事,就要看看各種細胞之間的差別是什麼。人體內有各式各樣的細胞,比如大腦中的神經細胞、肝臟中的肝細胞、心臟中的心肌細胞、血液中的白細胞等。它們不但功能各異,外表形狀也不同。如果“鑽”到細胞裡面去“看一看”,就會發現在不同的細胞內,蛋白質的種類是不同的。由於所有的生命活動都是由蛋白質來具體“執行”的,每種細胞內的蛋白質類型不但能決定這種細胞的結構,也能決定它的功能。
如果把蛋白質比作一份電報,那麼DNA就是決定電報內容的密電碼。既然不同的細胞內合成的蛋白質不同,那麼,它們的DNA是不是也不同呢?答案也許出乎你的意料:所有不同類型的細胞裡,DNA構成都一模一樣,也就是說每個細胞都攜帶著全套完整的“密電碼(遺傳密碼)”。既然每種細胞都具有所有類型蛋白質的遺傳密碼,為什麼還會有這麼多蛋白質種類不同的細胞呢?
秘密就在於,沒有一種細胞能使用所有密碼,而是你使用這一部分密碼,我使用另一部分密碼。由於使用的密碼不同,合成出來的蛋白質就不一樣,含有這些蛋白質的細胞當然也就不一樣了。所以在理論上,如果能夠把兩種細胞使用的密碼對調,一種細胞就可以變為另一種細胞。與這些細胞相比,幹細胞是一種處於“待命”狀態的細胞。它們可以根據需要,變化成為指定類型的細胞。由同種細胞變成兩種以上的細胞稱為分化,如受精卵變成肝細胞、心肌細胞等就是分化。
可以用一個形象的比喻說明它們之間的關係:細胞就像一個個餐館,細胞裡的蛋白質就像餐館裡做出來的一道道菜餚,而DNA就是菜譜。每種生物的每個細胞裡都有做所有菜的菜譜,它們只是被做成了小部分的菜餚,還有大部分菜餚有待開發。幹細胞就是可以根據需要,隨時去製作成一道道新的菜餚。
在人體內,幹細胞只能在正常情況下替換受損或死亡的細胞,在許多疾病狀況下就“縮手縮腳”,不能完全發揮其修補功能了。而且人體對細胞的分工有嚴格的規定,每種細胞只能幹分配給它的活,不許“多管閒事”去幹別的細胞的活。比如人的耳朵裡只有幾千個聽覺細胞。它們中的一些受損時,雖然周圍還有數以萬計的其他細胞,但它們不能接替聽覺細胞的工作,人的聽力就會下降。幹細胞技術就是要打破細胞間不能替代的限制,使幹細胞成為能替代任何種類受損或死亡細胞的“全能運動員”。
一個辦法就是提取現成的幹細胞,在人工培養條件下使它們增殖,再用各種培養條件把它們“誘導”成為我們所需要的細胞。現在人的幹細胞已經可以從早期的胚胎、羊水、臍帶血、骨髓、胸腺、皮膚、小腸、大腦、眼睛、胰臟、肝臟、脂肪、肌肉等地方得到。不過現成的幹細胞數量畢竟有限,分離提取也較困難。
為了克服這些困難,科學家們另闢蹊徑,用已經分化的細胞來“製造”幹細胞。2005年,日本京都大學再生醫學研究所的山中伸彌,藉助逆轉錄病毒,把4種基因運送到老鼠的皮膚細胞中,老鼠的皮膚細胞在得到外來基因後居然變成了多能幹細胞。到2007年,山中伸彌和美國威斯康星大學的詹姆斯·湯姆森實驗室的科研人員,又用轉基因的辦法使人的皮膚細胞變成了幹細胞。山中伸彌也因此與格登一起榮獲2012年諾貝爾生理學醫學獎。
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