本报记者 文敏

　　干细胞是人体内具有发育潜能、全能型的细胞，可自我复制。它具有自我更新、多向分化和修复能力。在科学家的不断尝试下，人胚胎干细胞可以分化成多种细胞，比如神经元、心肌细胞、胰岛细胞和血细胞等。全球目前已经开展了上万例的干细胞移植，经临床证实的干细胞可用于移植治疗的疾病达92种，包括脑瘫、老年痴呆、糖尿病、肝脏疾病、肿瘤、烧伤、衰老等。

　　最近，中国科学家在干细胞研究的一项新突破走在世界前列。

　　干细胞移植的最新成果

　　复旦大学长江学者奖励计划特聘教授、威斯康辛大学麦迪逊分校神经生物学系终身教授张素春领衔的科研团队，首次将人类胚胎干细胞成功地转化成特定的神经细胞，并将转化后的中间细胞注入到小鼠大脑中，使已丧失学习和记忆功能的小鼠恢复了学习和记忆能力。该成果第一次证明人类干细胞可以成功植入到大脑中，对治愈各种神经功能缺陷疾病有重大意义。目前这一突破性的研究成果已发表在最新一期的国际著名学术期刊《自然·生物技术》杂志上，引起世界同行高度关注。

　　不妨先回顾一下去年以来干细胞研究的最新进展。根据一项新的研究，人类胚胎干细胞能够自发地形成一种组织，其中这种组织能够产生眼睛中让我们看见东西的那一部分。相关研究结果发表在《细胞·干细胞》期刊上。在未来，移植这种三维组织可能能够帮助视力受损的病人清晰地看见东西。

　　在纽约，干细胞也有新发现。纽约干细胞研究中心的研究者表示，人类的胚胎干细胞可以分化成骨组织用以进行移植研究以及潜在的治疗方法，这项研究刊登在2012年5月14日的国际杂志《美国国家科学院院报》（PNAS）上，文章中，研究者第一次使用源于胚胎干细胞的骨祖细胞来大量生成紧凑的骨组织，用以修复几厘米大小的缺陷。

　　2012年10月12日，瑞士研究人员在美国同事们的帮助下，成功地利用小鼠胚胎干细胞制造出甲状腺组织。他们还发现将这种新产生的组织移植到10只实验小鼠的发生功能故障的甲状腺之上，能够让其中9只小鼠的甲状腺功能完全恢复。相关研究结果2012年10月刊登在《自然》期刊上。

　　匹兹堡大学医学院研究人员还证实：人类胚胎干细胞和人诱导性多能干细胞(iPS细胞)可以被诱导成为精子前体细胞，这表明它未来可能用于恢复不育男性的生育能力，他们的研究结果将发表在《细胞报告》杂志上。

　　2012年9月，新加坡生物工程与纳米技术研究所开展的一项研究利用人类胚胎干细胞生成树突状细胞来刺激免疫系统抗肿瘤，这种用以生成抗癌症的治疗性疫苗新方法，可能更为经济。

　　早在人们刚刚发现干细胞的“万能”潜能的时候，就已经有很多科学家开始研究如何利用干细胞诱导培养心肌细胞、神经细胞等在人体内较难再生的细胞。这些研究的进展很快，以至于在2004年，美国就有了第一个成功实施了用自体干细胞修补受损心脏的患者。但由于利用干细胞诱导培养的心肌细胞纯度较差，所以很难在临床推广。在2013年5月即将出版的《生物材料》上，韩国科学家的研究成果为这一问题的解决带来了希望，他们利用某种非血清介质使从人胚胎干细胞分化的心肌细胞纯度增加，并成功应用这种方法恢复了心梗小鼠的心脏功能。

　　干细胞怎样修补头脑

　　胚胎干细胞是指胚胎中一些具有发育成各种组织和器官能力的细胞，在医学上具有巨大的应用前景。这次，张素春团队首先利用化学方法将人类胚胎干细胞成功转化成神经细胞，然后将这些转化后的中间细胞移植到小鼠大脑中。

　　神经细胞，又称神经元，是构成神经系统结构和功能的基本单位，每个神经元只有一个轴突，可以把兴奋从胞体传送到另一个神经元或其他组织。在移植过程中，确保几乎所有的移植细胞都成为神经细胞至关重要，被移植细胞的纯度必须非常高，且必须是被指定能够完成特殊使命的细胞，因为如果不能确保所有移植细胞都成功“转变”成有用的神经细胞，注入的早期中间细胞就可能“恶变”为肿瘤而导致研究失败。为此，张素春科研团队通过“局部特化引导细胞法”，成功避免了小鼠体内不必要细胞类型的形成。

　　攻克了这一难题后，张素春科研团队选中了一种不会排斥其他物种移植物的特殊品种的小鼠，他们首先“蓄意破坏”了小鼠大脑中掌管“学习和记忆”、被称为“内侧隔核”的大脑区域的“线路”，使小鼠暂时丧失“学习和记忆”能力。张素春说，这一过程有点类似于拆除一段电话线，以后如果你能找到正确的线路，需要时就能够在任何时候把损坏的来自任何一头的“断线”接上。

　　于是，研究人员将细胞移植到了小鼠记忆回路的另一端——大脑重要记忆中心海马区内。植入后的干细胞立刻形成两种常见的、重要的神经元类型，它们分别与大脑中“指挥”行为、情感、学习、记忆、成瘾和许多其他精神问题的化学物质γ-氨基丁酸（简称GABA）或乙酰胆碱能神经元进行有效沟通，并响应来自大脑的化学指令，开始特化并与海马区中的适当细胞相连接。测试证实，这些接受干细胞移植后“连接”成功的小鼠，常规学习和记忆能力得到了有效恢复，评分明显优于那些依然丧失“学习和记忆”能力的小鼠，尤其在“水迷宫”测试中，干细胞移植成功的小鼠对迷宫的设置记忆清晰，应对自如，而对照组小鼠面临迷宫则慌作一团，不知所措。

　　干细胞移植研究的终极目标是通过细胞替代来修复大脑损伤。张素春指出：“目前干细胞治疗还不大可能立即产生效应，因为许多精神疾病，你都不知道是大脑的哪部分出现了问题。新研究更有可能即刻应用于构建药物筛查模型。”

　　3D打印干细胞出现

　　干细胞的医用前景非常看好，但干细胞的来源却是个问题。取得干细胞的途径也往往充满着争议性，因为其中有一个来源为妇女堕胎后的婴儿胚胎。

　　美国佐治亚理工学院助理教授阿伦·莱文说，迟迟拿不到或根本无法获得人类胚胎干细胞可能正阻碍美国干细胞科学的发展。莱文利用网络对在美国学术或非盈利机构工作的1400多名干细胞科学家提供了调查问卷，来自32个州的约400名科学家作出了回应，其中205人表示会在研究中使用人类胚胎干细胞。调查结果显示，导致科学家难以获得人类胚胎干细胞的主要原因有：难以获得转让协议；无法获得所在单位内部监管机构的批准；干细胞拥有者不愿在研究中分享，以及联邦政策掣肘等。

　　2001年，美国时任总统布什上任伊始就对胚胎干细胞研究设限，规定联邦资金仅准许用于资助已经存在的胚胎干细胞研究。现任总统奥巴马2009年3月通过行政命令解除了上述限制，拓宽了可以用来研究的胚胎干细胞的渠道。

　　但近日英国科学家一项成功的3D打印技术可能会打破这一瓶颈。据物理学家组织网报道，英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作，开发出一种真空阀门式三维（3D）打印技术，首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能，打印结构还能用于药物测试，加速改良测试过程。相关论文发表在2月5日出版的《生物制造》杂志上。

　　打印过程中的关键问题是可控性和减少伤害，这样才能保证细胞与组织的发育能力和正常功能。人类胚胎干细胞来自胚胎早期阶段产生的“干细胞系”，没有明确的发育方向，可以分化为人体内任何类型的细胞。研究小组开发出了一种真空阀式细胞打印机，细胞被装入打印机的两个分离容器，然后按预先编好的程序，被统一打印到一个盘子上。该打印机充分考虑了人类胚胎干细胞的敏感性和脆弱性，能打印出具有高度活性的细胞。

　　当人类胚胎干细胞被打印出来以后，还要经过多项测试，如检测它们的活性，看其是否还能分化为不同类型细胞；检测细胞的打印密度、特征属性和分布情况，以此评价这种打印方法的精确性。

　　科学家发现，这种真空阀门打印方式非常温和，足以保持干细胞的发育能力，还能精确打出同样大小的球体。更重要的是，打印出来的人类胚胎干细胞保持了它们的多能性，还能分化成其他类型的细胞。