醫學的發展不斷地高速進行,自從2009年美國歐巴馬總統對幹細胞研究解禁之後,開始了幹細胞醫學的蓬勃發展期,而台灣在2018年9月通過實施的「特管辦法」中,也明定了細胞治療的初步開放。

近年來,人們對於治療疾病、醫學美容、抗老回春的需求越來越強烈。細胞治療,是新發展的領域,新的技術,似乎無窮盡的應用尚未完全發展出來!但是許多民眾的聲音,已經反映出好奇與求知的渴望!為此,特別專訪台大醫學系畢業的吳紹琥醫師,指出了幹細胞的一些基本觀念。

我們從一顆受精卵細胞,經過不斷的細胞分裂與細胞分化後,最終成為一個個體。之後,在人體不斷新陳代謝的過程下,有些細胞會老化與凋亡,這時候則需要由新形成的細胞來做替換,以替補維持原本的器官與組織功能,這樣的過程幹細胞(stem cell)則扮演著重要的功能。

在發育過程中,胚胎時期各式各樣的幹細胞扮演著器官形成的重要使命;成體後,在受損的組織中,成體內仍保有各式各樣的幹細胞負責修復與生長。這些成體幹細胞具備複製與分化的能力,也成為再生醫學領域的細胞來源。

什麼是幹細胞?

身體的大部分組成細胞,都是已經成熟分化完全的細胞,例如皮膚細胞、肝臟細胞,或是口腔細胞等。這些細胞在沒有任何的外力刺激或是突變下,通常被認為細胞的命運已經決定,不會再轉變為其他細胞,這樣的細胞通稱為「體細胞」(somatic cell)。

幹細胞則是和這些已經分化完成的體細胞有顯著的差異性。幹細胞是一群具備有「分化能力」(differentiation ability)的細胞,可以在身體內受到基因的調控,或者是分子物質的刺激、催化,而分化成特定的細胞。

除此之外,幹細胞也具備良好的增生能力,可以進行自我更新(self-renewal)。一般的體細胞,在分化之後,幾乎不再進行細胞分裂,停止細胞增生。然而,幹細胞負擔起發育與組織修補的功能,如果不具備自我增生能力,則便無法產生足量的細胞,來執行發育與修補的功能。

從受精卵,發育成為一個完整的人體,包含成千上萬種不同功能的細胞。這個分化的路線過程,可以繪製成為一顆大樹,從主幹,一直到樹葉的末端,是經過不斷地分枝,從大樹幹到大樹枝,到小樹枝,再到成千上萬的細枝,再到末端的樹葉。樹枝,就好比是幹細胞;而樹葉,就是人體各種不同功能的成熟細胞。

當幹細胞進行細胞分裂,將由一個細胞變為兩個細胞的當下,幹細胞會接受指令;身體需要大量體細胞補充功能時,幹細胞會由一個幹細胞分化成兩個下游細胞(分化)。當幹細胞需要補充時,也會由一個幹細胞變成兩個幹細胞(自我更新)。也有許多幹細胞會進行所謂的「不對稱分裂」,分裂後的細胞,一個是原本的幹細胞,一個則是欲分化的細胞。

簡而言之,幹細胞具備自我更新能力,可以不斷的增生。同時,也具備分化為下游細胞的能力。

幹細胞的數量往往需要精準的恆定,例如控制毛囊裡黑色素的幹細胞,如果不斷的走向「分化」,沒有即時的自我更新複製,當用完了這樣的黑色素幹細胞後,黑髮就會慢慢變成白髮。

幹細胞分類為哪幾種?

幹細胞並不是某一種細胞,而是「一群細胞」的總稱,幹細胞的分類如下:

《按幹細胞的分化能力區分》

一、受精卵,分裂到八細胞之前,任何一個細胞都是「全能幹細胞」(Totipopent)。

二、接下來再分化為「萬能幹細胞」(Pluripotent),它可以發育成一種或多種組織,但無法發育成一個個體。

三、接下來再分化為「多功能幹細胞」(Multipotent),就是被指定分化成特定組織的細胞。

四、接下來再分化為「專一性幹細胞」(Unipotent),只能分化為一種成熟體細胞。

《按幹細胞的發育階段區分》

1、 胚胎幹細胞:是一種高度未分化細胞,具有發育的全能型,能分化出成體的所有組織器官。

2、 成體幹細胞:成體的許多組織和器官,都具備修復和再生的能力,幹細胞在其中扮演關鍵的角色。在特定條件下,成體幹細胞按一定的程序分化,形成新的功能細胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動態平衡。

成體幹細胞包括:

1. 造血幹細胞:是研究歷史最長,也是研究最深入的一類成體幹細胞,具備分化為血液系統各種細胞的潛能,在疾病治療、抗衰老保健等領域具有極大的應用潛能。

2. 生殖幹細胞:具備分化為生殖細胞和各種性腺細胞的潛能,使成體得以發揮生育功能,並可以延緩性腺的衰老。

3. 間質幹細胞:具備分化為骨、軟骨、結締組織的潛能,還具備特有的免疫調節功能。

4. 神經幹細胞:具備分化為神經系統各種細胞的潛能。

5. 視網膜幹細胞:具備分化為視網膜各種細胞的潛能。

6. 心臟幹細胞:具備分化為心臟各種細胞的潛能。

7. 肝臟幹細胞:具備分化為肝臟各種細胞的潛能。

8. 胰腺幹細胞:具備分化為胰腺各種細胞的潛能,在特定條件下,可以分化為胰島細胞。

9. 肺臟幹細胞:具備分化為肺臟各種細胞的潛能。

10. 腎臟幹細胞:具備分化為腎臟各種細胞的潛能。

《按幹細胞的來源區分》

獲得胚胎幹細胞的方法,可利用人工受精的體外受精過程殘留的受精卵,也可利用體細胞轉移法。體細胞轉移法是將體細胞細胞核以顯微注射或電擊的方法注入去核的卵細胞中,再將之繼續培養到囊胚期。

獲取成體幹細胞的話,則可透過臍帶,骨髓或周邊血液中抽取。

1. 臍帶血幹細胞
嬰兒出生後遺留在胎盤和臍帶中的血液是幹細胞的重要來源。自1988年,臍帶血幹細胞就用來治療根達症候群、急性淋巴球性白血病等許多兒童疾病。臍帶血從臍帶採集,在放入液氮備用之前要經過處理,去除血漿。在使用的時候首先解凍,去除防凍劑,分離出幹細胞,注入病人靜脈。這種使用其他捐贈人幹細胞的治療方法叫做異源療法;如果幹細胞來自患者本人,即稱為同源。

2. 周邊血幹細胞
骨髓中存有人體內最主要造血幹細胞的來源,而周邊血幹細胞則是指藉由施打白血球生長激素〈G-CSF〉,將骨髓中的幹細胞驅動至血液中,再經由血液分離機收集取得之幹細胞。由於與骨髓幹細胞極為相近,現已逐漸取代需要全身麻醉的骨髓抽取手術。

3. 胚胎幹細胞
胚胎幹細胞是從胚泡(由50-100個細胞組成的早期胚胎)未分化的內部細胞團中得到的幹細胞。它們是萬能的,意味著它們可以發育成為身體內200多種細胞類型中的任何一種。胚胎幹細胞現在的研究階段仍是剛起步。許多研究仍建立在人類以外之動物模式。例如老鼠、豬、牛或是羊等。在人類的胚胎幹細胞因為取得來源涉及道德倫理上的約束,在幹細胞株上的建立有所爭議。(因為幹細胞株必須取得人類胚胎,再經過培養純化等。因此許多人認為幹細胞株視同為人的一部份)。

4. 脂肪幹細胞
以往人們因塑身而抽出的脂肪,大部份都當廢棄物丟掉,現經由醫學專家研究證明,脂肪中含有大量的幹細胞,幹細胞具有體外增生及多重分化的潛力,能運用於組織與器官的再生與修復,其主要特性為:

1. 低侵入性取得,對人體無害。

2. 最多量的取得方式。

3. 可進行體外增生培養。

4. 可運用於身體組織類型廣泛,會自動移至創傷部位,進行修補。

5. 皮膚膠原母細胞
在2007年尾,美國和日本兩組科學家同時成功把皮膚膠原母細胞轉化成一種俗稱為「iPS」的誘導多能幹細胞,並成功使這些幹細胞轉化成為身體器官的一部份。透過向皮膚細胞植入特定的基因,可誘導皮膚細胞改造,變成類似胚胎幹細胞的一種細胞。

6. 血液細胞
在2012年尾,英國劍橋大學的科學家將一名病人血液中一種能修復血管壁損傷的細胞變成了幹細胞。這種方法比用皮膚細胞製造幹細胞更實用、更有效、更安全,因為,獲取血液樣本要比獲取高質量的皮膚樣本更容易。

《幹細胞的治療應用》

幹細胞移植治療技術,被譽為人類有史以來的飛躍式醫療手段,實現人體各個器官修復和更新,能消除目前80%以上的各類疾病。和胚胎幹細胞所引發的道德爭議相較之下,成體幹細胞較為大家接受。利用成體幹細胞進行治療的困難是並非所有的組織器官皆能分離出幹細胞,且數量很少。只有在脂肪中有大量的幹細胞可以不斷地被分離出來,而且可以在體外複製,更重要的是沒有排斥的問題,可以用在他人身上。所以是一個相當好的細胞來源,已經在眾多研究中受到肯定。

脂肪幹細胞有兩個明顯的好處:第一,可抽取部位眾多,包括腹部、大腿、手臂、且用簡單的局部麻醉即可,順便可以依照病人對塑身的需求,去除多餘的脂肪,經過分離方式取得幹細胞;第二,沒有免疫排斥性,因此脂肪幹細胞不但可以供給自己,也可以給他人使用,年輕人的幹細胞也可以給老年人做疾病治療,所以應用相當廣泛。因為脂肪幹細胞缺乏「人類白血球抗原」(HLA),因此,輸入後不會受到淋巴細胞攻擊,不會產生免疫反應。

脂肪幹細胞做治療,並不僅是單單脂肪幹細胞本身的修復作用,而是運用脂肪幹細胞所分泌的部分物質,讓組織、血管可以獲得新生。可以用來提升免疫系統、醫治疾病,以及當作抗氧化劑,增加細胞活力。

脂肪幹細胞所分泌出來的物質包括血管內皮增生因子(VEGF)、轉化性生長因子(TGF)、肝細胞生長因子(HGF)、血小版生長因子(PDGF)、胎盤生長因子(PGF)、纖維母細胞生長因子(FGF)。這些物質經由血液循環能對全身各處產生新生、修復的功能。

《幹細胞治療的案例》

治療退化性關節炎以及心血管疾病:
在年長者相當常見的退化性關節炎、心血管疾病,若要一勞永逸,必須藉由幹細胞治療才能夠使細胞獲得重生,為了讓治療效果更好,建議使用年輕的幹細胞,因此可以抽取兒女的脂肪,來治療母親的退化性關節炎和心血管疾病。

《治療壞死的心肌組織》

脂肪幹細胞可以直接注射到心肌梗塞、心肌細胞壞死的位置,治療受損的心臟組織。有很多研究顯示,不管是透過血液或是直接注入到心臟受傷部位,脂肪幹細胞能發揮分化功能,達到修補心肌的目的,進而讓心肌梗塞得到妥善的治療。

《治療皺紋》

本研究的臨床試驗方式是選擇15名女性進行臨床實驗。分為三組,一組只是打玻尿酸,一組只是打脂肪幹細胞,第三組是結合玻尿酸和脂肪幹細胞一起施打。實驗結果顯示混合性效果最好,結合玻尿酸有填充一氧化碳的體積,以及幹細胞能夠讓皮膚細胞再生,達到「回春」的效果。

《治療多發性硬化症》

多發性硬化症是由於身體裡面產生的不正常的免疫細胞,攻擊神經纖維外面的包膜細胞,造成神經不正常的放電,產生癲癇、抽筋、肌肉運動失調、走路不穩等症狀。這種疾病目前無法治癒,只能用大量的類固醇去壓抑免疫系統,是治標不治本。
有醫學期刊報導,使用脂肪幹細胞靜脈輸入治療多發性硬化症,成功案例是一個有三年病史的50歲患者,這位患者使用了2800萬個脂肪幹細胞,做了兩次靜脈注射,大幅改善了多發性硬化症。

最後,吳醫師也提醒民眾,「幹細胞」這三個字,不應該成為行銷的工具,也並不是含有這三個字的產品就一定有效。市面上有許多口服、外用的產品搭上它的順風車,但是效果值得存疑。
細胞治療是一門浩瀚、尖端的醫學技術,值得深入研究、討論。期待與各界先進持續切磋。

資料來源 吳紹琥醫師新聞稿