(Nature Communications) iPSC 加入Pax7分子 誘導成為骨骼肌細胞

肌肉萎縮症治療露曙光 皮膚細胞能培養肌肉 2018-01-29 20:55基因線上 基因線上╱Miggy Chang冰桶挑戰在2014年掀起風潮，短短兩個月內募得1億1500萬美元，大部分作為漸凍人症研究經費。令人難過的是，發起人謝奈爾嘉（Anthony Senerchia）於去(2017)年11月25日逝世，得年僅46歲，結束了與「肌萎縮性脊髓側索硬化症」（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS，俗稱漸凍人症）14年的搏鬥。另一位也同樣因此疾病所苦的名人，是英國著名物理學家與宇宙學家，現任職劍橋大學理論宇宙學中心研究主任－史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking）。霍金的主要貢獻是與羅傑·潘洛斯共同合作提出在廣義相對論框架內的潘洛斯–霍金奇性定理，以及他關於黑洞會發射輻射的理論性預測（現稱為霍金輻射, Hawking radiation）。然而，因為患有ALS這樣的疾病，病情隨著歲月逐漸加重，霍金已全身癱瘓，甚至不能說話，只能靠語音合成器來與其他人溝通。過去，患有嚴重型或中間型肌肉萎縮症（或稱肌肉失養症）的病人，多因為肌肉細胞持續萎縮、退化而喪失生活自理的能力，最後逐漸步向死亡。以最常見的杜顯氏(又稱裘馨氏)/貝克氏肌肉萎縮症(Duchenne/Becker muscular dystrophy, 簡稱DMD/BMD)而言，大多在五歲前發病，十歲出頭就須靠輪椅代步，而在二三十歲時就因呼吸或心臟的衰竭而死亡。如今，來自美國北卡羅來那州杜克大學（Duke University）的研究人員，利用來自皮膚或血液的誘導性多能幹細胞（iPSC），培育出了功能良好的人類骨骼肌肉，或許未來能為同樣飽受此類疾病所苦的患者，帶來新的治療契機。皮膚細胞培養的肌肉 能夠發育成正常的肌肉組織 研究團隊在科學期刊「自然通訊」（Nature Communications ）指出，因為「誘導性多功能幹細胞」（Induced pluripotent stem cell, iPSC）就像在胚胎中發現的天然幹細胞般，它們可以分化成任何其他類型的人類細胞，因此該研究團隊將源於人體的非肌肉組織（如：皮膚或血液）的iPSC進行重組，使其退回到原始狀態，然後加入大量Pax7分子，向細胞發送信號，使iPSC被誘導成為骨骼肌肉細胞，並成長為「功能正常的人體骨骼肌肉」。接下來，研究人員停止供應Pax7分子，並為這些細胞提供營養，直到它完全發育成熟為止。這個新生成的肌肉組織經過二到四週的3D培養，肌肉細胞形成肌肉纖維，就能像人體肌肉組織一樣收縮，並對像是電子脈衝或化學信號等外部刺激做出反應。研究人員表示，若將肌肉纖維植入成年老鼠體內，這些肌肉纖維能存活且運作至少三週，並與老鼠自身組織融合到一起。雖然不如天然肌肉組織那麼強壯，但仍是非常令人雀躍的結果。

新技術與遺傳療法結合 效果相輔相成 Bursac教授說：「利用這種技術，我們可以只取一小塊非肌肉組織的樣本，如皮膚或血液，將獲得的細胞恢復到多能狀態，最終生長出無數的功能性肌纖維來測試。」新技術可以讓患者增長新的肌肉，而不會對病人造成額外的傷害。同時，此項技術也有希望與遺傳療法相結合。依照目前理論上，可以解決來自於患者的誘導性多能幹細胞的遺傳功能障礙，然後生長完全健康的小片肌肉。雖然這不能完全治癒或取代整個身體的價值的肌肉，它可以與更廣泛的針對性遺傳療法，或搭配局部的問題進行治療。參與研究的生物醫學工程師Lingjun Rao博士說：「經過多年的嘗試與失敗，根據經驗猜測並採取一步一腳印的謹慎步驟，最後終於從多能幹細胞中產生功能良好的人體肌肉。」計畫負責人柏塞克（Nenad Bursac）也表示：「罕見疾病的研究前景，對我們來說特別讓人興奮。」雖然說，目前在實驗室取得了相當令人振奮的結果，但在臨床實踐中的潛力，仍有待觀察。未來，研究人員希望他們的技術能讓科學家在實驗室培養出「無窮盡」功能正常肌肉，用來測試相關的藥物和基因治療，更進一步能避開倫理爭議，為一些罕見及退化性肌肉疾病建立治療模型，並開發出有效的新藥。