长新干细胞4.0的技术优势

并不是每一颗间质干细胞都具有相同的增生,分化与治愈能力,事实上,有些干细胞的增生分化治愈能力强,有些干细胞的增生分化治愈能力弱。

长新生医研究团队分析出,在干细胞表面具有IGF1R受体(receptor)的干细胞,其增生能力是不具备该受体的干细胞的10倍;分化为其他细胞或组织的能力是不具备该受体的干细胞的3 – 5倍;对于若干疾病的治愈能力,例如脑中风,其能力也达到不具备该受体的干细胞的5倍。

然而,具有IGF1R受体的干细胞在整体干细胞中的比例却不到5%,增生分化治愈能力如此强大的细胞但却这样稀少,这就限制住了干细胞的储存与应用效果。为此,长新生医成功研发出增加IGF1R表现的培养液,能培养出具有IGF1R受体的干细胞高达34.3 – 50%,这样就能够储存到最原始年轻的第一代间质干细胞;未来取出应用时,些间质干细胞也因同样具备高度的增生分化治愈能力,而拥有较佳的医疗效果。

间质干细胞的培养

初期培养过程是要让间质干细胞自组织块中「爬」出来以利增生。储存组织块与储存干细胞是两个完全不同的概念,储存组织块成本低风险大,而储存干细胞则成本高风险低。

只有5%的干细胞在其细胞膜上具有IGF1R(胰岛素样生长因子1受体,胰岛素生长因子1号接受体)。具备IGF1R的干细胞,其增生,分化与修复能力都特别强大。

增生能力

经过90天的培养,具有IGF1R的间质干细胞的增生数量(●符号),比完全没有IGF1R的间质干细胞(○符号)与一般的间质干细胞(▼符号)的增生数量多10倍。这代表运用具有IGF1R的间质干细胞增生,就能在最小代数内达到所需使用的量。

分化能力

具有IGF1R的间质干细胞,是不具有IGF1R的间质干细胞的分化能力的3.0〜5倍。
干细胞

治愈能力

发现以具有IGF1R之间质干细胞的治疗成果,比缺乏IGF1R之间质干细胞或对照组的治疗成果高5倍
干细胞

长新生医独家研发的培养基

一般干细胞经长新生医研究团队研发出之特殊培养基增生后,具有IGF1R之间质干细胞比例从5%提高至34.3%。

国外干细胞产业发展现况

人类胚胎干细胞自汤姆森教授在1998年成功分离后,开启干细胞研究至今已16年,这些年虽有成果,但因牵涉到胚胎之伦理规范,因此进步较慢,但在造血干细胞及间叶干细胞之研究及应用有些产品出现,亦即有些干细胞产业出现预估在2016年干细胞疗法之总市场值为89亿美元。

干细胞技术之临床应用之第一例技术,开始于1968年年完成之世界上第一例骨髓移植,其有效作用之干细胞为造血干细胞,造血干细胞之移植仍是恶性血液病最佳之治疗方法,但这些年来除骨髓外,亦可用周边血,脐带血,胎盘血,目前每年全球6万例(分别为自体骨髓移植3.5万例及异体移植2.5万例)这是最成功的医疗干细胞的应用。其他的干细胞也有临床试验之阶段,依美国Clinicaltrial.org登录网站,有4300件以上在进行临床试验。

至于已上市的干细胞的治疗产品,主要是间充质干细胞(Mensenchymal stem cell; MSC)目前全球已获批准的干细胞之治疗产品计8个,主要在韩国和加拿大。

骨髓干细胞抽取

原则上,抽取骨髓干细胞的时间会配合取髓人员的班机时间。

1.骨髓干细胞抽取手术必须是在手术室、全身麻醉下进行,为外科手术范围,所以您必需事先签署一份有关麻醉程序及可能风险的同意书。麻醉医师会在您麻醉前,再次评估您的情况,并决定采用何种麻醉方式。

2.骨髓干细胞抽取的进行方式是在您全身麻醉后,以约铅笔心粗细的注射针在臀部两侧骨盆的肠骨内抽取骨髓细胞。

3.被抽取骨髓干细胞时,您的身体是俯趴的姿势,所以为保障足够换气,在麻醉后会以软管经由喉咙置入气管,以协助您吸取氧气。

4.抽取的骨髓干细胞量,主要是依据患者的体重,但以捐赠者体重为上限,约每公斤10~20C.C.。手术穿刺部位固定,总共抽取出600~1,500CC的骨髓液(包含血浆、已分化或未分化之血球及造血干细胞),约占人体全部骨髓细胞量2%~5%(人体可于四周内再生补足所抽取之份量)。抽骨髓干细胞时骨髓腔内之血球亦同时会被抽取出来,若损失太多红血球会造成捐者贫血或血压过低,故于抽取骨髓干细胞时一边以点滴方式回输捐者自体备血,以补充捐赠者所损失之血球,同时以生理监视器观察捐赠者生理迹象,以确保抽取骨髓干细胞过程中捐赠者的安全。

5.正常情况下,一般健康人每CC血液中含有约1.5~2×10^6有核细胞数(nucleated cell),本中心提供给病患的标准细胞数为:患者体重(kg)×5 ×10^8,以不超过捐赠者身体可负担情形为限。

6.抽取的过程并不需要皮肤切开以及缝合的手术,而只在皮肤表面留下数个穿刺针孔。捐赠者在麻醉过后,通常在抽取的部位会有不适感,但可以用一般的止痛药控制,并在正常情况下,一两天后即可出院慢慢恢复正常工作。抽取后的成品保存于2~8度C(如移植医院要求,可以室温保存),并须尽快植入受髓者体内,以不超过36小时为原则。

7.您捐赠出来的骨髓液,将留取少部分(10cc)供做各类细胞数量及感染性微生物检测,这些是移植是否成功的重要因素。除非事先征得您的书面同意,否则此骨髓液不能被拿来做为临床​​以外的学术研究用途。

8.从进开刀房起至回到病房的时间约3~4小时。其过程包括进开刀房进行消毒程序、施以麻醉、抽取干细胞(抽取骨髓干细胞过程中一边回输自体备血)及至恢复室观察。而实际抽取骨髓干细胞时间约半小时。

9.在恢复室中观察确认您已由麻醉中苏醒,且自体备血已回输完毕后,就会将您送回病房。此时您必须在病床上平躺6~8小时,使伤口局部加压,以防出血。

10.意识清醒后吞咽反射正常有饥饿感时,可先喝少量开水,若无呕吐情形,即可正常进食。

11.二十四小时内,注意伤口有无渗血情形,若有请通知医护人员。

12. 卧床加压止血八小时后若无渗血情形,可采渐进式下床活动。

认识造血干细胞

干细胞可由来源分为胚胎干细胞和来自成熟组织的干细胞。而胚胎干细胞的来源又可分为取自受精卵经4次细胞分裂形成8个胚细胞时的全能干细胞(Totipotent stem cells),以及受精卵生长5日后,囊胚体内一簇具有分化成动物各种器官组织的内细胞团的复功能干细胞(Pluripotent stem cells)。而成熟组织干细胞即为人类出生后的某些器官,如脑、胰脏或骨髓含有的干细胞,在特殊条件下可分化成有限几种组织。其分化潜能最弱,故被称为多潜能干细胞(Multipotent stem cells)。

人类在胎儿时期,造血器官为卵黄囊及肝脏。成体后,造血干细胞可以在骨髓及脐带血中发现。造血干细胞可以分化成红血球、白血球及血小板。因此,造血干细胞的移植在医疗上有无穷的用途。

在不同的成体干细胞中,造血干细胞(Hematopoietic stem cells, HSC)存在于骨髓、婴儿脐带血、以及成人周边血液中。

这是一群未分化的血液细胞,可以制造血液与免疫系统的细胞,如运输氧气的红血球、帮助凝血的血小板、抵抗感染的白血球、产生抗体的淋巴球等。造血干细胞可用来治疗许多血液疾病、肿瘤、先天代谢异常与免疫缺陷等疾病。此外,在临床上治疗癌症使用抗癌药物疗法或放射线疗法时,虽杀死癌细胞,但也常伤害到健康的骨髓干细胞,这时医师如移植干细胞至病人身上,可以再制造出新的血液与免疫系统而延续患者生命。

诱导性多功能干细胞

2006年日本京都大学中山伸弥教授团队,利用基因诱导体细胞,使其转变为如胚胎干细胞具有分化各类细胞能力的诱导性多功能干细胞,并在2012年获颁诺贝尔奖。现有英国Marc Turner教授团队利用此技术,将此细胞诱导分化为成熟之O型Rh阴性红血球;此红血球具2大特点,即非取自人体,可免于疾病的传染,血型也可适用于所有病患的通用型。

此研究将进入临床试验阶段,以3位地中海型贫血患者为对象,监测人造血球输入人体后之表现,预计在2017年初完成临床试验,并提出研究结论。

未来的干细胞疗法

50年前一群加拿大科学家在研究辐射对人体的影响时,无意发现了骨髓中含有干细胞(stem cells),而后来了解到造血干细胞对身体提供了一个终身的血液供应功能,这一发现提供了所谓干细胞疗法—-即利用健康者的骨髓干细胞治疗遗传性血液疾病和白血病患者骨髓移植的方式。

随着相关研究陆续发现,身体中除了骨髓外,几乎所有的身体组织,包括心脏,大脑,牙齿和肠道,均含有组织特异性干细胞(tissue-specific stem cells)。这些干细胞的功能是修复或再生,修补不断被一般磨损而损坏的组织或老化的细胞,例如:取代正在脱落的肠道内壁,或不断产生新的血液细胞。此等特定组织干细胞也被称为成人干细胞(adult stem cells),因为他们在成人组织中被发现。这些成人干细胞与只发现在胚胎之胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES)不同。

干细胞有两个独特的特性,可用以区别于其他体内之细胞,例如如心脏肌肉细胞或神经细胞。首先,他们可以在实验室中非常迅速地被繁殖以制造更多的干细胞,其次,他们可以转变成不同类型具有不同功能的细胞。而胚胎干细胞和成人干细胞之间的关键区别在于,胚胎干细胞可以变成任何类型的细胞,而组织干细胞,则限制在特定细胞(如心脏,神经,血液等)。

因此,或许可以举例来说,如同新出生的婴儿有可能变成律师、医生或建筑师,而作为一个成年人其选择则受到较多的限制。骨髓干细胞能形成血液细胞,但无法变成神经细胞,而在心脏的干细胞可以形成心脏肌肉和血管,但无法形成皮肤或神经等细胞。相较之下,藉由骨髓干细胞转化成血液细胞可较完美地用于治疗血液疾病治疗,但却不能用于治疗神经系统疾病。而胚胎干细胞在理论上,可以被用来治疗任何疾病。

人类胚胎在实验室中为了治疗不孕的夫妇而被人工产生,其中过剩的胚胎被销毁、冷冻供日后使用,或可捐赠作为知情同意之研究。胚胎干细胞(ES)便是来自于这样的捐赠胚胎,在受精后三到八天,当时胚胎看起来像​​是约100个细胞组成的球体。胚胎干细胞具有极大的临床潜力,因为他们可以在实验室中大量产生完全相同的(identical)多达百万个的胚胎干细胞,理论上也可以很容易地转换成任何类型的组织细胞。相较之下,虽然可以很容易从成人收集骨髓细胞,但要若要尝试收集健康的心脏或脑组织,显然是有问题的。正因为如此,目前,治疗神经系统疾病,使用胚胎干细胞是较为可行的方式。例如在加利福尼亚州的生物技术公司Geron公司已经成功利用人类胚胎干细胞转变成神经细胞,并正在测试这些神经细胞第一次用在治疗脊髓损伤患者的安全性研究上。在英国则有另一家Reneuron公司也刚刚开始试验,测试注射从胚胎组织所得之神经干细胞,用于治疗脑中风患者。

值得注意的是,干细胞治疗就像器官移植一般,病人的免疫系统会排斥外来的细胞组织。因此,实行骨髓移植时,捐助者和病人必须先做配对实验。目前全球骨髓库(Bone marrow donors worldwide,BMDW)已签署有将近1千八百万的捐助者,虽然每年仍有患者死于他们无法找到合适的配对,但这份成就无异是伟大的。全球骨髓库系于1988年成立,由欧洲血液骨髓移植团体(European Group for Blood and Bone Marrow Transplantation)所发起,分别在荷兰,英国,法国,德国,意大利,比利时,奥地利和美国开始签署登记,它现在由代表来自45个不同国家的64个登录单位(registries)所组成。而台湾则在1993年台大医院将当时收集的捐髓血液样本转到慈济,成立台湾第一座骨髓捐赠资料库,,命名为「慈济基金会台湾骨髓捐赠资料中心」,1995年慈济骨髓捐赠中心迈向国际化,与香港骨髓捐赠中心签订连线合约,次年又与美国、澳洲及新加坡骨髓捐赠中心电脑连线,从此,亚裔血液病患,只要向这些国家其中一个资料库提出申请,即可获得最迅速的协助。

除了骨髓捐赠者外,BMDW尚包括冷冻脐带血登录的详细信息,因为骨髓中的造血干细胞讯息与脐带血基本上相同。虽然脐带血中的干细胞的绝对数量少于从成人骨髓中可收集者,但对于一个小于8岁的小孩子(体重小于20公斤)来说,一般仍含有足够之干细胞可供作骨髓移植。最近临床医生认为,结合两单位脐带血可能即足以供给一个成年人的骨髓移植。台湾血液基金会于1998年也成立台湾第一座公益脐血库,因经费及场地限制,于民国93年6月停止收集,目前保存2,142例脐带血,期间提供查询达452例,实际成功供应2例。

脐带血有超过骨髓的一些主要优势,包括:来源容易、再生力强、低排斥及组织相容性强等,因为它是冷冻储存,从而可以解冻立即使用,并且无须耗费时日,寻找一个合适的捐赠者以完成移植。目前已累计有将近50万个脐带血登录在BMDW,因此考虑继续增加脐血数目是有必要的,特别在黑人和少数族裔的捐助者方面,因为遗传多样性,致使找到合适的机会大大减少。

另一种类型具有巨大的临床潜力的成人干细胞,被称为间质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC),骨髓间质干细胞可以在脂肪和骨髓中发现,因此可以很容易地从捐助者取得利用于干细胞疗法。间质干细胞可以转化成骨骼,软骨,肌腱和肌肉,因此对于骨科伤害治疗是非常宝贵的,例如,可加速断骨的愈合或恢复或更换关节炎患者软骨。在2008年有一具里程碑意义的病例,从患者自身的骨髓间质干细胞被收集用来生成一个新的病人气管,病人克劳迪亚摩纳哥,由于受到结核菌感染引起的阻塞性气管炎(或气道之疾病),导致有严重的呼吸问题,在这种情况下,科学家在实验室中将间质干细胞转化成软骨,然后接种到支架(scaffold)上,该支架系由捐赠者气管经过一系列洗涤处理去除体细胞,只留下一个正确的尺寸的半透明结构,以适合于病人,由于使用自体干细胞,因此没有排斥问题产生。这一革命性的新疗法,结合了包括西班牙,英国和意大利的科学家和医生合作而成。虽然几个移植个案已成功地完成了,但新的方向在于简化这一过程,例如,使用新型生物材料制成的支架,以避免需要器官捐赠而供不应求。另外有其他科学家正在研制这种方式,不过其目的在于挑战生成整个器官,例如在实验室中生成整个完整的心脏或肺脏。

从干细胞骨髓移植的成功案例,很显然其他成人干细胞将很有希望具体地临床应用于未来,然而,没有证据支持这些成人干细胞(例如,从脐带血,脂肪或牙齿的)可以用来治疗所有疾病的概念。

再生药理学(Regenerative pharmacology)是使用药物刺激人体自身的组织干细胞的活性,从而促进修复。因此,我们可以预见,这种策略可能会奏效,用以加快骨折愈合或心脏病发作后促进组织再生。但是,目前对于这种药物的方法是否有效仍不明确。

近年日本科学家山中(Yamanaka)利用分子生物技术,将四个特定基因崁入正常皮肤细胞,转换成具有干细胞的特性,被称为诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS细胞),这种技术通常被称为再编程(reprogramming)。这项发现一方面解决了利用胚胎进行干细胞研究的道德争议,另一方面也使得干细胞研究的来源更不受限,这一突破性的发现以来,世界各地的许多其他实验室已成功地重新规划了一系列的组织细胞,将它们转换成干细胞。这项技术的主要应用将使先前难以模拟实验的特定疾病获得更深入的了解。例如,将有可能采取与帕金森氏症患者的皮肤细胞,重新编程生成iPS细胞,然后变成神经细胞的iPS细胞。这样科学家可以研究从健康捐赠者和帕金森氏症患者的神经细胞,因此可以厘清该疾病的分子变化。

干细胞生物学的最后一个重要的应用,在于人体细胞可用于大量在制药行业中的毒性试验用途。目前无法获得大量的人类心脏或肝细胞用于药物试验。相当多的药物开发,在进行第I期临床试验时面临失败,即造成了相当大的财务损失。如有用于测试药物安全的干细胞生成的肝脏和心脏细胞,对于制药行业的毒理试验是重要的,除此之外,对于可能增进对疾病的理解以开发新型疗法,以及早期毒性试验将有助于开发更安全的药品等优点。基于这些原因,干细胞科学,无疑将在未来对医疗保健具有巨大影响。

诺奖得主、中科院士上海「巅峰对话」聚焦干细胞与人工智慧

中新网上海8月30日电(陈静郭容)中国科学院院士、同济大学副校长陈义汉,上海市十医院心脏中心主任徐亚伟教授与2017年度诺贝尔化学奖获得者、美国哥伦比亚大学教授,单粒子冷冻电镜的发明人及先驱者Joachim Frank30日在上海展开了一场「巅峰对话」,院士和诺奖得主纵论干细胞和人工智慧。

院士和诺奖得主共同展望了未来合作前景——聚焦干细胞与人工智慧技术的临床应用,携手打造急性心肌梗死精准医疗平台。

上海市卫计委主任邬惊雷在致辞中表示,干细胞治疗及人工智慧这两大新兴领域对未来医学发展必将起到巨大的推动作用。他希望通过本次「巅峰​​对话」,开拓视野,加强合作,提高中国心血管疾病的整体诊治水平。

中科院院士、同济大学副校长陈义汉表示,心血管疾病是目前威胁中国民众生命的最大公共卫生问题之一,必须尽快通过最新、最前沿的科学技术加快心血管疾病诊疗的改革。他希望通过与Frank教授的深入交流加速干细胞在心血管领域的研究和应用。

Frank教授作关于《单粒子冷冻电镜的前世今生》的演讲。 Frank表示,冷冻电镜的应用领域非常广泛,对于干细胞的增殖、分化等生理过程研究具有重要意义。他相信通过冷冻电镜的研究方法,能更深入、更透彻的解析干细胞的生理过程,也为其应用于临床建立坚实的理论基础。这位诺奖获得者希望通过与徐亚伟教授的进一步合作,推进干细胞在心血管疾病临床治疗中的应用。

当日上海市第十人民医院《急性心肌梗死数字化诊疗解决方案》人工智慧方向子课题负责人徐潇介绍了目前人工智慧在心血管疾病中的应用。他表示,人工智慧的干细胞目前在心血管领域的应用处于探索阶段,仍有许多问题需要解决。据透露,目前该院团队已在心电人工智慧方面取得了一定的突破,希望在未来能通过进一步交流合作,将心血管疾病与人工智慧紧密结合,为临床工作者提供帮助,也为患者提供更优质的治疗服务。