把細胞變成「小白鼠」

人的一生都籠罩在疾病的陰影之下。如果把人體看成一個系統，那麼細胞就是這個系統的基本單元。這些細胞不是孤立的，時刻處在聯繫之中。

按這樣去理解，那麼疾病的起因大致可分為三類：一類是細胞本身出了問題，比如帕金森症、漸凍症（物理學家斯蒂芬?霍金得的就是此病）等由基因缺陷引起的疾病就屬此類；另一類是細胞之間的交流出了問題，例如免疫失調引起的疾病；第三類是不論細胞本身，還是細胞之間的交流都出了問題。嗯

如果是第一類疾病，那事實上病就藏在細胞里；無數個細胞的「小病」釀成了人的「大病」；只要治好了細胞的病，差不多也就治好了人的病。

幹細胞研究「起死回生」

現在為了開發一種新藥物，科學家往往要拿動物做試驗。先讓試驗動物得上病，然後在它們身上試試新開發的藥物靈不靈。對於那類由細胞本身引起的疾病，其實完全可以在單個細胞的水平上檢驗藥物的可靠性，而不必拿動物來試驗。這既可以減去不少動物的痛苦，又有更強的針對性；何況有些病至今還不知道致病機理，根本沒法在動物身上誘導出該疾病來，以供研究。

研發藥物時，拿單個細胞代替動物，這個主意不錯，過去很多人也都想到了，但是在實踐上卻遇到很大困難。原因是大部分疾病都藏在人體的內臟器官里，要取得患病的細胞，就得給病人動手術，這有很大風險。再說需要篩選的藥物很多，而且是在不同時間研製出來的，總不能每研製出一種新葯，僅為了試驗，就給患者動一次手術吧。

這個難題直到2006年人們掌握了人工誘導幹細胞技術之後才得以克服。

幹細胞是一種未分化的細胞（這裡的「干」是「主幹」而不是「乾燥」的意思）。幹細胞一般存在於胚胎髮育早期，隨著胚胎髮育成熟，幹細胞也分化成了皮膚細胞、神經細胞、肌肉細胞……等等「專業化」的細胞。打個比喻，幹細胞就好比是讀者裡面的中小學生，他們在學習階段基本上不分專業，未來所要從事的職業也還不確定，所以具有極強的可塑性；等他們上了大學，選准了專業，就各自朝某個專門的職業奔去了。

幹細胞的用途非常廣，原則上我們可以用它來定製任何器官。但有一個麻煩，就是它只存在於早期的胚胎中，即使從胚胎上取下一個，對胚胎的傷害也極大。出於倫理上的考慮，很多國家都禁止拿胚胎幹細胞做研究。

轉機出現在2006年。一位名叫山中伸彌的日本科學家發明了一種技術，該技術可以讓那些分化的專職細胞「返老還童」，重新變回幹細胞，而無須使用或破壞胚胎。這些「返老還童」後的細胞被稱為「誘導多能幹細胞（簡稱iPS細胞）」。這項技術不僅讓幹細胞研究繞開了人類倫理問題，而且使得拿單個細胞來研製藥物在實踐上有了可能。

定製有病細胞

我們不妨以霍金得的漸凍症為例，來說明科學家是如何做到這一點的。

漸凍症是一種神經性疾病，患者會逐漸癱瘓，因為這種病會對人體控制肌肉活動的運動神經元造成不可逆轉的傷害。經查明，漸凍症是染色體上某個基因突變引起的。對於大多數患者而言，這個突變來自遺傳。

我們知道，人體每一個體細胞（除生殖細胞之外的所有細胞）都擁有相同的一套基因，所以漸凍症患者身上每一個體細胞里都含有這個缺陷基因。不過這個缺陷在其它體細胞上都不「顯山露水」，這些體細胞的功能一切正常；唯獨在運動神經元上，這個基因才被表達，顯出破壞力來。

2007年，從一位82歲高齡的女性漸凍症患者手臂上，美國哥倫比亞大學的科學家採得一塊直徑大約3毫米的皮膚。這位患者已經連走路和吞咽都很困難，她的子孫中不少人也已經確診患有此病，可想而知，她目前的這種狀況也就是他們未來的歸宿。

在實驗室，科學家從這塊皮膚上分離出一種叫「成纖維細胞」的專職細胞；然後通過日本科學家發明的那項技術，把這些細胞變成了iPS細胞；最後經過人工誘導，這些幹細胞分裂、發育成了運動神經元。

我們已經知道，患者成纖維細胞的染色體上就帶有導致漸凍症的缺陷基因，但基因的表達一般跟細胞類型有關，這個缺陷基因在成纖維細胞上「藏而不露」，而一旦成纖維細胞被誘導變成運動神經元後，其後果就顯露出來了。結果，我們就得到一群處於病態的運動神經元，跟漸凍症患者身上的運動神經元無異。

接下去的程序就比較簡單了，不過對於研製藥物的工作來說，才剛剛開始。我們可以在每一個培養皿上安放這樣一個病態細胞，然後給這些細胞「喂」不同的候選藥物，看看哪種藥物能改善細胞的病。對單個患病細胞有效的藥物，一般來說對患病的人也會有效。

這項技術是幹細胞研究中的又一個里程碑。通過這項技術，科學家在實驗室可以得到在通常情況下很難獲得的有病細胞，而且大大提高了篩選藥物的效率。

至於那位82歲漸凍症患者的後裔們，他們正急切地等待著對那塊皮膚的測試結果，他們本來命中注定要遭遇的厄運將得到挽救。

本文源自大科技〈科學之謎〉 雜誌文章 歡迎您關注大科技公眾號：hdkj1997

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