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再生医学:在不远的未来,人类将能活到120岁

中国再生医学  李小琳  干细胞与再生医学排名  
再生医学:在不远的未来,人类将能活到120岁

出品:“SELF格致论道讲坛”公众号(ID:SELFtalks),作者:戴建武,SELF格致论道讲坛,原标题为《给截瘫患者重新站起来的希望,为这一刻我们花了15年》

截瘫病人还能站起来吗?不孕不育患者能实现当母亲的心愿吗?声带损伤还能修复吗?人类的寿命还能延长吗?那些看似存在于人类幻想中的事物,在他们的努力下正一步步走向现实。

创新从来都不是一帆风顺的,转化创新的过程依旧充满艰难,在SELF格致论道讲坛,来自中科院遗传与发育生物研究所的戴建武先生向我们分享了他的团队如何克服重重困难,引领再生医学的发展。

戴建武 中国科学院遗传与发育生物学研究所再生医学中心主任

以下内容为戴建武演讲实录:

大家下午好。我今天想给大家介绍的内容是:再生医学如何打造成人的4S店?

我们在座的可能很多人不知道4S代表什么,但是肯定知道4S店是汽车养护和修理的地方。一辆好的汽车如果要让它运行十年、二十年或更长的时间,需要进行养护,不然就跟出租车一样,六年、八年肯定报废。

四年前,我在央视的年度创新人物里做了一个报告,讲的就是人其实跟汽车很相似,人体在运行过程中也需要养护,也需要修理,有些器官、有些部件也需要置换。那个时候我就开始幻想是不是应该有一个人的4S店。今天我想花18-20分钟时间来介绍我是如何让梦想和幻想走到现实的。我希望讲演最后,能使大家对人的4S店有一个比较清晰的了解。

再生医学是什么?蝾螈的四肢被去掉后,两个月能长出一模一样的四肢。但人类很难做到。人类关于再生的梦想或者长生不老的梦想由来已久。古希腊里普罗米修斯的故事,歌德《浮士德》里的一些幻想,包括近现代的电视剧,如《副本》,也有人体机能的再生创新、不断增强这种幻想。

总而言之,这么多年历史,人类一直在幻想永生与再生,其实做不到。从进化学的角度讲,人体器官组织的功能高度分化、高度精细,同时也丧失了再生的能力,或者是部分丧失了再生能力。

但近20年来再生医学的发展,让我们很多过去的幻想变成了现实。下图是一些著名人物,都得了截瘫——医学界最难治疗的疾病之一,主要原因是疾病或者损伤造成的脊髓神经的损伤。几千年历史中,这样的疾病一般会使人一辈子坐在轮椅上。

但是,一个22岁的年轻姑娘不幸受伤,通过再生医学技术,她现在可以扶着走起来。所以再生医学正在影响我们的生活,接下来我想分享其中的一些过程。

为什么说脊髓损伤的治疗很难?它是医学界的珠穆朗玛峰,3700年以来,大家都在梦想解决这个问题。但到现在为止对脊髓损伤的治疗,仅限于如何训练这些病人,让他们能够适应残疾人生活。脊髓是连接大脑和四肢的载体,一旦断裂,上行的信号传不到,下行的信号也传不到,损伤部位以下的身体,感觉和运动能力都会丧失。那么,再生医学如何解决问题?

我们认为再生医学的核心是利用生物材料,细胞,包括干细胞,还有生长因子,重建再生的微环境。但是有一点我想跟大家更正一下,近年来干细胞发展得非常快,影响非常大,但是有一个误区:很多人把干细胞认为是再生医学。其实干细胞只是再生医学里一个重要的因素而已。它用好了,对再生医学的帮助非常大,用不好对再生医学也没什么用。

而真正的再生医学,请看下图。人体的任何一个组织,显微镜下看大概都是这样的结构,有大量的外基质,就像盖房子的房梁,还有各种细胞,不同的信号分子刺激细胞的生长、成活、分化。这样的微环境是我们在再生医学里需要做到的。

我们需要用这些材料,干细胞,或者生长因子来模拟早期组织器官发育的微环境。如果能够重现再生发育的微环境,损伤的器官一定可以再生,这就是再生医学的核心。

过去十七八年,我们在技术上解决了重建微环境的问题。支架材料可以跟干细胞特异结合、跟细胞特异结合,解决细胞的空间定位问题。同样,对各种生长因子或再生因子也可以做到空间定位。

脊髓的微环境怎么建?下图是我们设计的支架材料,把一束一束纤维捆在一起,因为我们背上的脊髓神经是有序排列的,它结合干细胞、生长因子后,移植到脊髓里就不会扩散。

可能在座的医生很少,真正的了解人体脊髓组织的也不多,我们也是从临床上反过重新改进我们的设施。

临床上把硬脊膜打开,脊髓浸泡在透明的、大量流动的脑脊液里。这样的环境里,只有支架没有用,支架上放上信号分子、干细胞也没有用,细胞和因子一定要结合。

脊髓损伤的再生机制是什么?这么多年来,我们一直期望断的神经能一点点长,但在脊髓里,它长不了,或者说以目前的技术手段很难长。我们如何改变策略呢? 如果我们在损伤部位放上干细胞,让它变成神经元,新的神经元跟两个断端搭成桥。就像电话线一样,以前我们经常看电影,电话线断了,人用两个手连上,那是可以做到的,脊髓也是这样。

任何一个新的技术创新非常难,它的转化过程同样很难。在脊髓损伤产品的设计过程中,有了新的概念,一定要通过不同的动物实验走向临床实验。过去几乎没有脊髓完全性损伤的动物模型,所以我们设计的动物模型,脊髓是全横断的、大段缺损的,来检验我们的理论。

下图展示的这只狗的脊髓是完整的,如果发生断裂,将支架移植到断裂处,会发生什么?

移植支架两个月后,它还是瘫痪的。

移植4个月后它可以重新站起来。

这大概是世界上第一次通过移植支架使完全损伤的动物脊髓重新恢复功能。几十秒的视频,我们实际花了大概四年的时间。

残疾狗的护理实际上比残疾人的护理更难。它不知道哪个地方冷哪个地方暖,一旦有褥疮,这些犬很快会感染而亡。

但到现在为止,我们饲养的狗一只都没有死掉,因为很多学生到夏天还要陪着狗睡觉,护理它,帮助它排尿排便。其实科学研究并不都是理想的,还有很多需要克服的困难。

同样,猴子的背部有5mm的缺损,十二个月后,第一张图的猴子没有修复,第二张图的猴子可以站起来。

但它修复后的运动非常有限,它的整个髋关节的骨头融合在一起,说明它的康复做得不好。因为猴子的前臂非常强,这是我们设计的特殊笼子,四周是抓不住的,但即使这样,它还是避免使用后肢。猴子是高智商的生物,损伤后大部分都会得抑郁症,对人的攻击性非常强。但想让它主动康复,它的前臂又很强,需要各种结构让它使用后肢,即使这样它的康复还是不行。

但是它能站起来,这跟很多残疾人一样,损伤以后没有好的康复,即使神经连上了,其运动功能恢复依旧非常难。

我们从2001年开始,到2015年1月16日临床实验,经历了15年的过程。我们走了很多的路,动物实验,比如猴子、犬的实验,都是可控的,但临床实验不可控。

临床实验涉及与不同的医生打交道,过去,大家公认脊髓损伤后不能再生,只能一辈子坐轮椅。所以和医生谈临床合作,很少有医生愿意做,首先教科书上没有这么解决,脊髓的硬膜之内是不能碰的,万一做不好责任谁负?

总而言之,这么多年的体会,转化研究创新很难,动物实验也很难,临床的工作更难,它要解决的是人的理念的问题。创新需要突破很多桎梏。

2015年我们完成了首批脊髓损伤病人支架材料的移植。下图是第一例手术的场景。

下图是手术过程中放入支架材料的照片。

我们还有更多的病例,损伤后病人的运动功能是可以恢复的,包括一些细节,比如脚趾的运动功能也可以恢复。

脊髓损伤的临床研究路径让我们看到了脊髓损伤,或者说截瘫的希望。尽管临床实验做得越多,问题也会越多,但问题越多使我们的研究更有针对性,后面的路会越走越宽,希望也越来越大。

2001年,从我入选“百人计划”就开始做这个项目,到2015年,我们解决了这么多科学问题,然后开展临床研究,已经有77个病人,现在我们正不断摸索着改进这个技术。不管怎样,我想告诉大家,再生医学让脊髓损伤的治疗变得非常有希望,未来我们能看到更多希望。

我再介绍几个再生医学改变我们生活的案例。子宫内膜瘢痕化是不孕的重要原因之一,我国每年的人流量大约为3000万例,人流会使子宫内膜变得瘢痕化,严重斑痕化会导致不孕。

Asherman综合症(重度瘢痕化症的粘连)病人理论上只有1%的希望可以怀孕。我们花了十年时间与南京鼓楼医院合作,设计了一个胶原支架,结合自体细胞或者自体干细胞。我们完成了一系列临床研究,到现在为止,已经有30多个再生医学宝宝。子宫内膜的再生可以让很多不能怀孕的人当母亲了,这也在改变我们的生活。

还有一个导致不孕不育的疾病——卵巢早衰。38岁以前卵巢停止发育、卵巢不能激活,也就是没有月经了,都是卵巢早衰,这样的妇女没办法生育。

卵巢早衰不光涉及不孕的问题,不孕可能更多是对40岁以前妇女的影响,还有一类,45岁以后的妇女卵巢功能开始低下。我们跟南京鼓楼医院生殖中心的孙海翔主任一直合作,也有将近十年的时间,通过一系列动物实验,最后到临床研究。

临床实验非常难,我们做了一年多的工作,20个病人中有2个怀孕,但有一个最后还是做了人流,因为查出了21-三体综合征,高龄产妇21-三体综合征发病概率很高。

但这一例非常幸运,2018年1月18日成功诞生了一个健康的婴儿,这是第一个卵巢早衰病人能够诞生婴儿的例子。

还有声带,歌唱演员、播音员等的声带可能受到损伤,特别是一些疾病,比如去除咽部肿瘤时往往会伤到声带,影响发声。我们设计的可注射支架材料和自体细胞结合后可以修复声带。

声带的修复有很多意义,除了声带病人,如果大家想让声音更美,想中音变高音,也很容易做到。比如调一调声带强度,再生医学很容易做到。

刚才我讲了四个例子:脊髓损伤、子宫内膜、卵巢早衰以及声带的修复。我们团队目前进行的再生医学临床研究还有很多,下图列了其中的十个。

在过去的四年里,我努力设想怎么样的店才是人的4S店,跟汽车店不一样,这就是我的规划。

这是世界上第一张这样画出来的图,整体来说就是建立一系列的人体修复诊所或临床机构。现在我们已经成立了第一家店,另外两家正在建立中,我想未来的2到3年,图片上20多个店都可以建起来,到那个时候,人的4S店就变成了现实。

汽车4S店旁边就是人的4S店,人所有的组织和器官,都可以在这里养护、修理,甚至是制造。“器官重建与制造”也是中国科学院先导专项的项目,我是这个项目临床转化的负责人,未来几年我们希望能够制造一些人的器官,修不了的可以和汽车零件一样换掉。4S中的一个“S”就是Sparepart(零件)。

最后总结一下再生医学4S店可以给大家带来什么?不久的将来,再生医学可以使人体所有的组织都能再生,由于疾病或者损伤导致失明的患者可以复明,截瘫的病人可以站起来,我们许多人可以活到120岁。谢谢大家。

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