幹細胞這個名稱大家可能早已聽過,它們是一種很特殊、「充滿潛能」的細胞,在不同環境可以變化成不同類型的細胞。不過如何將幹細胞轉化成我們需要的形態,仍有賴研究人員不斷地嘗試。今次就和各位分享一下,一些科學家使用幹細胞的經驗。
四種蛋白質控制 成果獲諾貝爾獎
大家可能已經聽說過,從胚胎中抽取幹細胞這件事。這些幹細胞還未轉化成特定的細胞種類,因此還有無限的可能性,可以變化成其他的細胞。2000年左右進行的研究卻發現,早已分化成特定類型的細胞,原來還有辦法令其「返回原形」。
幹細胞學者山中伸彌和他的研究團隊發現,利用4種蛋白質來控制細胞的活動,可以讓它們變回幹細胞的狀態,繼而轉化成各種細胞類型。憑着如此重要的研究成果,山中伸彌與英國發育生物學家John Gurdon在2012年獲頒諾貝爾生理學或醫學獎。而那4種能激發細胞回復幹細胞狀態的蛋白質,亦被稱為「山中因子」。
這種驅使平常細胞重回幹細胞狀態的技術,對其他的生物研究極其有用。例如科學家們希望研究一種特別的地松鼠的視覺系統:十三條紋地松鼠(學名:Ictidomys tridecemlineatus)的視網膜上,多達百分之八十六的感光細胞都是擅長於日光下辨別顏色的錐形細胞,反而人類和老鼠的視網膜上,超過百分之九十的皆為用於夜視的桿形細胞,因此這種地松鼠成了研究彩色視覺的極佳對象。
不過卻有一個難題,這種地松鼠每年有一半的時間都在冬眠,無法參與實驗研究。研究人員因此從成年的地松鼠身上取得細胞樣本,再利用「山中因子」將它們恢復回幹細胞,然後再讓它們轉化成地松鼠的視網膜細胞,以供研究之用。
方向有無限可能 或可逆轉癌症
也有研究人員將幹細胞技術用於肺病研究之上。貂鼠的上呼吸道結構,原來比老鼠更接近人類,因此是研究肺部疾病如感冒、支氣管炎、肺部纖維化以至COVID-19的一個很適合的對象。科學家們亦運用了幹細胞技術來製造適當的貂鼠細胞作研究之用。
不過,要將不同物種的普通細胞變回幹細胞,然後再轉化成特定的其他細胞,其過程並不簡單。開始運用的細胞物種不同,以及最後細胞的類型不同,所需要的實驗步驟都會不同,需要研究人員仔細地調整。比方說研究人員就發現,貂鼠的幹細胞較難保存及驅使它們分化成其他細胞。實驗人員雖然成功讓地松鼠的幹細胞轉化為視覺細胞,但卻無法有效地為另一個項目將它們變成心臟細胞。
這種把現成細胞還原成幹細胞的技術,為各種各樣的研究提供了所需的細胞類型,亦為研究方向指出了無限的可能性。正當我們對細胞變回幹細胞的過程有更深的認識,或許能幫助我們了解相反的過程,也就是幹細胞是如何分化成最終狀態的?如果最終狀態是癌細胞,我們是否可以將過程逆轉,從而找出應付癌症的新方法?這些都有待科學家繼續探索。
◆ 杜子航 教育工作者
早年學習理工科目,一直致力推動科學教育與科普工作,近年開始關注電腦發展對社會的影響。
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