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用幹細胞守護全家健康

日本京都大學教授山中伸彌,以誘導多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells,簡稱iPS)的研究,得到2012年諾貝爾醫學獎。他以充滿冒險的精神,不斷地在受挫的路途上闖出另一條新路,終於讓幹細胞的研究臻於巔峰。然而,什麼是幹細胞?幹細胞有什麼臨床價值?我簡單介紹如下。

什麼是幹細胞?

幹細胞猶如樹幹分枝,因此被稱為幹細胞。它是人類最初始的細胞,為細胞的源頭,充滿了活力,具有兩大特色,一是有「自行再生」的能力,二是有「分化成各種細胞」的潛能。幹細胞具有強大的可塑性,在接受環境不同訊息的刺激下,可發育成各種不同功能的組織與細胞。一般相信幹細胞普遍存在於生命體中,擔負著個體的各個組織及器官的細胞更新及受傷修復等重責大任。

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幹細胞的種類

‧胚胎幹細胞 (embryonic stem cells,ESCs)

受精卵從1個細胞,經過再生分成2個細胞,再變成4個、8個…,最後形成一個個體。如幹細胞的來源是來自胚胎組織,有多潛能性特性,可分化為三胚層的各種組織,則稱為「胚胎幹細胞」。因其可分化為各種組織,所以有較廣的應用範圍,但是取得不易,又易有倫理的疑慮,所以研究上常有限制。

造血幹細胞 (hematopoietic stem cells,HSCs)

造血幹細胞可分化為造血系統的各種細胞,如紅血球、白血球以及血小板等,是目前臨床應用成熟的幹細胞。造血幹細胞可自骨髓,周邊造血幹細胞或臍帶血取得,因其傳統上存在於骨髓,所謂的骨髓移植,就是應用這些細胞所做的移植,所以現在稱骨髓移植為造血幹細胞移植。造血幹細胞如今也被應用在受傷組織的修復,如中風、心臟疾病,都有相當的效果。

間葉幹細胞 (mesenchymal stem cells,MSCs)

間葉幹細胞最早是由骨髓分離出來,最近的研究顯示間葉幹細胞也可由脂肪組織、臍帶、臍帶血或胎盤分離出來。間葉幹細胞可以在體外培養增殖,擁有分化成多種胚層細胞或組織的潛能。和造血幹細胞不同的是,間葉幹細胞的應用不在於產生血球細胞,而是產生血球以外的組織,如骨頭、脂肪、軟骨、神經及心臟細胞。間葉幹細胞在組織工程及再生醫學的應用發展具有相當潛力。

‧其他幹細胞

哪裡可以找到幹細胞 ?

‧全能幹細胞

在受精後的第1個小時,這個細胞會分裂成兩個完全相同的細胞。

‧胚胎中的胚胎幹細胞:

胚胎內部細胞團的細胞為多能性的,也就是它們可以分化產生各種不同形態的細胞,這些幹細胞稱為胎胚幹細胞。

‧成體幹細胞:

目前發現成體幹細胞的組織,包括骨髓、周邊血液、大腦、脊椎、牙髓腔、血管、骨骼肌、皮膚上皮、消化器官的表皮、眼角膜、視網膜、肝臟、脾臟及大腿骨等,都有幹細胞的存在。

什麼是臍帶血?

臍帶血含有豐富的幹細胞,是幹細胞的重要來源之一。嬰兒出生時,可自臍靜脈中收取臍帶血,平均約100 ± 50 c.c,加入抗凝劑和抗凍劑後冷藏貯存。隨著醫學的進步,臍帶血應用的潛力越來越大。

何謂臍帶血庫(臍帶血銀行)?

臍帶血庫可分公捐和私人兩類。公捐就是將臍帶血捐出(捐出後即和此臍帶血無關),存放在臍帶血庫中,當有病患需要時,和臍帶血庫進行配對,如有合適的臍帶血,即將臍帶血取出進行移植。台灣的公捐臍帶血庫有台灣血液基金會、和信醫院、慈濟醫院臍帶血庫。若將臍帶血存放在私人的臍帶血庫中,便須付錢給臍帶血庫,使用對象為臍帶血的主人或其指定的對象。臍帶血的幹細胞相當脆弱,因此臍帶血庫的品質和管理對於臍帶血移植能否成功是十分重要的。

臍帶血移植的優點
1.純淨:較少受到放射線、病毒、藥物污染。 
2.再生力強:幹細胞的可塑性及分化能力強,優於骨髓中的幹細胞。 
3.即時性:解凍後馬上可用,不似骨髓必須等待他人捐贈。 
4.來源容易:臍帶血容易取得,不傷嬰兒及母體,更不需要承受麻醉的風險。 

5.組織相容性大:對於人類白血球抗原相容的要求,比骨髓、周邊血幹細胞低。骨髓移植或造血幹細胞移植時,6個抗原要完全符合,然而臍帶血只需要4個符合即可。

臍帶血、周邊血與骨髓的比較表:

項目

臍帶血

周邊血

骨髓

來源

臍帶血

人體周邊血液

骨髓

收集過程

生產時由臍帶血收集

使用造血生長因子刺激捐贈者幹細胞生成後收集,約需5-7天

住院手術抽取,需至少4-6個月前置準備時間
 

受病源汙染的可能性

幾乎為零

可能性較高

可能性較高

幹細胞體外增殖能力

較高

較低

較低

接受者產生移植物抗宿主(GVHD)的反應

較少

移植物抗宿主反應為移植後主要問題之一

移植物抗宿主反應為移植後主要問題之一

對捐贈者的副作用

無副作用 

施打造血因子刺激(G-CSF)的疼痛、施打大血管的副作用

手術麻醉的危險、疼痛

捐贈者意願的影響

無捐贈者配合的困難 

可能面臨捐贈者臨時退縮的窘境

可能面臨捐贈者臨時退縮的窘境

移植後造血功能的恢復

較慢

較快

較快

植入失敗的比例

約10-20%

約1-5%

約1-5%

臍帶血移植的問題

1單位臍帶血所含的幹細胞數目有限,所以體重較重的病人植入後的恢復時間長,隔離住院期間長,感染風險高。對於體重較重的病人而言,有些人只使用1單位臍帶血是不夠的,因此可將2單位的臍帶血同時植入,以克服幹細胞數目的不足;設法將臍帶血「增大」應用,也可克服幹細胞數目不足的問題。至於增生造血幹細胞的技術,全世界還在發展中。

臍帶血的移植物抗宿主疾病機率較小,因此有些報告認為在惡性疾病可能有較高的復發率。而臍帶血是否有先天的基因缺陷,是否會將此基因缺陷傳遞給接受移植的病患,以及臍帶血的品質問題、有權問題、倫理問題、法律問題,都是需要考慮的。

臍帶血移植現況

自1988年,法國5歲男童罹患范康尼貧血(Fanconi’s  Anemia),使用妹妹的臍帶血移植成功,創下世界首例之後,全世界手足間的臍帶血移植數迄今已有數千例,在非惡性疾病,臍帶血移植的成績比骨髓移植成績好。非親屬間臍帶血移植數也已累積逾數千例,孩童約占3/4,成人約占1/4。無論國內外,臍帶血移植的技術均已成熟,本院也完成了數十例臍帶血移植,成績相當不錯。

臍帶血的現在和未來

臍帶血幹細胞用在免疫不全、癌症治療或再生不良性貧血方面,已相當成熟。近年來,科學家成功的用臍帶血幹細胞來修補受到損傷的各種組織;不久的將來,人類很快就能用自己的臍帶血幹細胞分化發育出新的器官來置換受傷害的器官;未來應該還可用於基因治療,包括矯正基因缺失,以及治療自體免疫疾病與先天性異常的遺傳疾病。

何謂細胞治療?

用(人類)細胞來治療疾病或受傷的組織,例如以紅血球治療貧血,稱為「細胞治療」。造血幹細胞(骨髓移植)是使用最久的(幹)細胞治療,幹細胞可分泌許多物質來修復受傷的組織,是細胞治療很好的來源。使用自體的細胞治療自己,沒有排斥的問題;使用異體的細胞治療,則要考慮排斥的問題。

何謂再生醫學?

將帶有人工培養的活性細胞或組織等移植到體內,使受過損傷的人體臟器或組織再生,進而恢復健康的醫療,稱為「再生醫學」,這就是幹細胞複製療法的應用,例如複製神經幹細胞來治療神經受損方面的疾病。目前開始研究的再生醫療產品涵蓋皮膚、血管、神經、肌肉、肝臟等,再生醫學是幹細胞研究的希望和目標之一。

間質幹細胞的取得和特點

間質幹細胞可自骨髓、牙齒、脂肪、胎兒組織 (胎盤、羊水、臍帶、臍帶血)取得。間質幹細胞有自我增生能力,且能分化為許多組織,能和別的組織嵌合,具有低抗原性及抑制淋巴球的特性,所以是細胞治療和再生醫學很好的細胞來源。

間質幹細胞的臨床應用

間質幹細胞可被應用於骨骼修復、心臟修復、腦和脊椎的修復、加速骨髓移植的復原、基因治療和免疫治療。因間質幹細胞被發現具有免疫調整功能,所以很多研究朝向將這些細胞應用到免疫相關的疾病。

本院團隊對幹細胞的研究

本院團隊在兒童醫學中心彭慶添院長的領導下,對造血幹細胞的移植,包括臍帶血移植,不但相當成熟,也有很好的成績。在這個基礎下,我們更進一步進行間質幹細胞的基礎和臨床研究,不但對間質幹細胞的免疫調整功能有深入探討,更將間質幹細胞帶入臨床應用。因骨髓間質幹細胞的取得較具侵犯性,我們將臍帶間質幹細胞應用到臨床病人身上,發現它在人體的使用上是安全的,這些成績已發表在世界頂尖的SCI雜誌上。透過基礎研究的合作,我們必能應用幹細胞來治療更多疾病及幫助更多病人。

 

【撰文/中國醫藥大學附設醫院 兒童血液腫瘤科 主任 巫康熙醫師】

 

 

 

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