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干細胞治療所用到的無血清培養基（lonza 12-725F)（點擊進入）
臨床需求 肝臟疾病已成為越來越重的負擔，僅在英國，去年一年由其導致的死亡人數已達10000。肝功能不全指急性或慢性肝病導致肝臟正常生理功能的改變，肝細胞不能有效增生而出現功能障礙。未經治療的肝功能不全最終危害患者生命，目前核心的有效治療在于全肝移植。 隨著肝病負擔的加重，越來越多的患者需行肝移植治療，遠遠超過適合的肝臟供給數目，許多不能進行肝移植治療的患者過早走向了生命盡頭。來自英國國王學院的Tamir Rashid等就細胞治療肝病的進展進行綜述，并發表在2014年9月2日的Gut雜志上。 肝臟由多種細胞構成，如內皮細胞、星狀細胞、膽管上皮細胞、Kuppfer細胞及自然殺傷細胞等，它們共同構成了肝臟主要細胞——肝細胞周圍的支持結構，用肝細胞治療肝病從理論上來說似乎是肝移植的有效替代方案。 在小動物身上的多種肝病模型顯示，肝內肝細胞移植是有效的，然而人體試驗卻不太令人滿意，最好的研究結果（也可能是僅出現的）出現在代謝性肝病的患兒身上。這點提示，這些間質細胞在肝細胞移植中也有著十分重要的作用。 然而構建肝臟間質細胞的工作十分繁瑣，臨床上更加可行的一種方案或許是肝外肝細胞移植（E-HTx），在肝功能不全患者等待移植過程中或自身修復功能恢復時起過渡作用。初步的臨床研究表明，將藻酸鹽顆粒包裹的肝細胞運送至急性肝衰竭的患兒腹膜周圍有一定作用。 這些研究都很振奮人心，但仍需進一步確認。擴展這一技術應用的重點在于弄清楚E-HTx有效是因為移植的細胞是作為獨立的肝外器官起作用，還是間接（移植的細胞通過分泌某些因子從而增強自身肝細胞的增生功能）起作用，探明這點才能更加準確評估獲益更大的患者。 許多肝病專家認為，肝內與肝外肝細胞移植均存在潛力，但受肝細胞供體不足的限制。增加肝細胞來源途徑，如從干細胞中獲取肝細胞等方式將有助于解決此問題。但關鍵問題在于：怎樣獲得這些細胞及如何知道所得細胞就是肝細胞？ 盡管干細胞被認為存在于任何組織中，但其在成人肝組織內的存在與否卻備受爭議。至今為止，還沒有人能從肝臟干細胞中分離出能獨立增殖、發揮臨床作用的干細胞。 另一方面，胚胎干細胞（ESCs）的存在毋庸置疑，它們來源于胚胎的內細胞團，能再次種植并最終執行特定功能。ESCs具有多能性，也就是說，它們分化能力很強，并且能分化成人體內的任何一種細胞類型，這與組織中的肝細胞不同，因為后者的分化及分裂能力都存在一定限制。 然而ESCs的獲得受其來源及倫理限制，因而在臨床中應用不廣。2006年，一個令人興奮的發現指出了可能取代ESCs作用的方法。日本的一位干細胞生物學家Shinya Yamanka發現了另一種多能干細胞，它并不來源于ESCs，而來源于成人細胞，并將其稱為誘導多能干細胞（iPSC）。 這種細胞可以從成人身上的任何一種細胞中獲得，但通常從皮膚成纖維細胞中獲得，因其獲取方式容易。制取iPSC的方法簡單，需要幾個重要轉錄因子的短暫過度表達，通過重新編碼、表觀修飾，首發細胞回到胚胎干細胞狀態。 由于該細胞增生能力極強，如果能發現誘導iPSCs轉化為肝細胞的合適制劑，將有源源不斷的肝細胞產生。該方案除了能解決肝細胞來源問題，也有助于解除患者免疫抑制劑使用需要。重新編碼能使細胞恢復再生能力這一理論已在多個實驗室中得到證實，為其在臨床應用中的可行性進一步提供了依據。 干細胞——經重新編碼并轉化為肝細胞（R-HEPS） 將供體細胞重新編碼轉化為多能干細胞現在已十分容易實現，然而，使其轉化為肝細胞卻極具挑戰。許多研究團隊正在使用體外培養二維細胞方法的基礎上，不斷嘗試和重復，以期發現干細胞轉化為肝細胞的方法。 緊隨而來的是另一波學者，他們報道了一種使干細胞轉化為肝細胞或內胚層細胞更直接的方法，后者速度更快，但仍需更多研究重復。有趣的是，有報道稱，第二種方式所產生的細胞的某些表型特征優于第一種方式。 肝細胞質量 假設通過重新編碼技術來獲得肝細胞前景樂觀，我們可以想象不久后將有數以億計的肝細胞運用于臨床，迎接我們的下一個挑戰是設定質量控制措施，即如何知道從生產線上獲得的細胞就是我們需要的。 盡管原代肝細胞的幾個重要特征在重新編碼獲得的肝細胞（r-Heps）中都具備，仍然有對其成熟度和安全性的顧慮。研究人員似乎同意r-Heps在某些方面仍不成熟——本質是相符的，但是可能在完全分化成熟方面遇到障礙，因此需要進一步研究。 許多科學家現在集中精力嘗試體外生產成熟肝細胞，并小有成就。目前公認的推斷一種細胞是否成熟主要基于兩點：體外藥物代謝和體內觀察鼠類肝損傷模型的修復能力。原代肝細胞是采用50多年前發明的一項技術從人肝臟組織中提取出來的。 此外，更重要的是弄清楚哪種肝細胞會在某種特定的肝病中其治療作用。因此，我們需要擴大動物試驗的規模或者大力推進人體試驗。雖然繼續研究和改進細胞生產將為人類帶來益處，但Tamir等建議是時候檢測已獲得細胞在人體內的有效性。然而，我們必須時刻謹記，這些細胞的遺傳及表觀遺傳穩定性尚未明確。 因此，在人體內使用重新編碼細胞十分危險，因為他們在體內的分布并不能控制。因此，Tamir等建議發明一種可移動的載體將細胞裝載，避免其在體內播散或形成腫瘤。這也讓我們考慮，此結構的多維、多細胞構成是否會影響其功能發揮，以及下一代的肝細胞療法是否也會遇見類似的問題。 多維肝細胞 正如上面所討論的，現行的關于肝細胞轉化的方案聚焦在單細胞的分化，很有可能產生多種細胞，使其功能不能發揮極致。我們忽略的一個重要事件是細胞之間的信號傳導，該過程在時空上對器官發育進行調節。 空間的調節在三維狀態下發生，與支撐結構如間質細胞和血管細胞的相互作用有關。細胞間相互作用精確的時間調控在三維調控的基礎上更添難度。這些都顯示肝臟自然生成的過程中需要四維、多細胞的調控。目前的干細胞培養系統尚難以達到四維調控的目的。 為了應對這一挑戰，科學家們又研發出一項新技術，通過對早期器官形成的細胞間的相互作用進行調控而培育出“器官芽”。特異的由iPSC獲得的肝細胞與間質祖細胞及內皮祖細胞共同培養，可以縮合形成三維的類器官結構。多種祖細胞產生的作用對其進行四維調控，從而形成了肝芽樣結構（微型肝）。 令人興奮的是，將肝芽樣結構移植入體內，血管生成將刺激肝細胞成熟，此過程無需其他環境誘因（如嚴重肝臟損傷）。成熟的肝臟結構能顯著改善化學藥物誘導的肝衰竭小鼠的預后。通過iPSC獲得的肝芽似乎能夠作為肝外來源的肝臟支持系統提供潛在的治療作用。 盡管仍存在不明問題，如起治療作用的直接或間接原因。但該技術最終有望治療肝功能不全。同時，它也為一個假說奠定了基礎，即為了獲得最有效的治療結果，重要細胞之間復雜的生物學相互作用可能需要重建。
肝細胞——一個完整器官 盡管單細胞、多細胞、芽細胞等治療方案將對數目眾多的肝病患者產生重大影響，但它大多數情況下無法治療需要全肝移植的患者。為了應對這一挑戰，我們必須明白干細胞生物學的“圣杯”——在實驗室中合成一個全新的器官。 近期一些研究表明，實驗室中使用工程支架“播種”干細胞而獲得產物能帶來較好的經濟效益，但以相同的規模及根據人類的復雜度重復該過程目前仍困難重重，即便是前面提到的體外獲得有功能的肝細胞也不是一項能輕而易舉就完成的挑戰。 比較折中的是采用雜交途徑，即使用大型動物作為活的載體支架，使通過iPSC獲得的肝細胞完成轉換，因為大型動物肝臟及胰腺等器官的生理機制與人類相似。為了達到這一目的，我們必須設法將iPSCs/肝芽種植到適合的動物宿主，并使其停留足夠長的時間以使四維器官生成。 沿著這條路徑，近來有研究報道，由基因工程造成的器官缺陷動物，在其植入前胚胎階段，補償性地提供供體干細胞，能產生有功能的胰腺，該結論已在鼠類和豬體內得到證實。有一點仍不明確，即從高等動物如靈長類及人類身上獲得的供體細胞是否也能同樣完成組織重建。 如果上述跨種族的雜交能夠成功，我們將有望從豬和羊身上獲得成千上萬的人類肝臟。確實，如果上述方案可行，我們可以把那些動物稱為“器官生物反應器”，因其解決了我們供體器官短缺的問題。 可能就目前來說，該想法超越了科學現實，但是盡管其不能即刻獲得可以使用的終產物，這項技術無疑證實了在實驗室中獲得有功能的干細胞源性治療方案是有效的。 文獻原文：Novel strategies for liver therapy using stem cells.
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