皮膚細胞幫幫忙,罕見肌肉疾病有救了!

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肌肉萎縮症,漸凍人的救星來了!

您還記得曾引發全球風潮,連比爾蓋茲(Bill Gates)、馬克·祖克柏(Mark Zuckerberg),還有鴻海董事長郭台銘都曾響應的「冰桶挑戰」(Ice Bucket Challenge)嗎?

冰桶挑戰在 2014 年掀起風潮,短短兩個月內募得1億1500萬美元,大部分作為漸凍人症研究經費。令人難過的是,發起人謝奈爾嘉(Anthony Senerchia)於去(2017) 年 11 月 25 日逝世,得年僅46歲,結束了與「肌萎縮性脊髓側索硬化症」(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS,俗稱漸凍人症)14 年的搏鬥。另一位也同樣因此疾病所苦的名人,是英國著名物理學家與宇宙學家,現任職劍橋大學理論宇宙學中心研究主任-史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)。霍金的主要貢獻是與羅傑·潘洛斯共同合作提出在廣義相對論框架內的潘洛斯–霍金奇性定理,以及他關於黑洞會發射輻射的理論性預測(現稱為霍金輻射, Hawking radiation)。然而,因為患有 ALS 這樣的疾病,病情隨著歲月逐漸加重,霍金已全身癱瘓,甚至不能說話,只能靠語音合成器來與其他人溝通。

過去,患有嚴重型或中間型肌肉萎縮症(或稱肌肉失養症)的病人,多因為肌肉細胞持續萎縮、退化而喪失生活自理的能力,最後逐漸步向死亡。以最常見的杜顯氏(又稱裘馨氏)/貝克氏肌肉萎縮症 (Duchenne/Becker muscular dystrophy, 簡稱 DMD/BMD) 而言,大多在五歲前發病,十歲出頭就須靠輪椅代步,而在二三十歲時就因呼吸或心臟的衰竭而死亡。

如今,來自美國北卡羅來那州杜克大學(Duke University)的研究人員,利用來自皮膚或血液的誘導性多能幹細胞(iPSC),培育出了功能良好的人類骨骼肌肉,或許未來能為同樣飽受此類疾病所苦的患者,帶來新的治療契機。

利用皮膚細胞培養的肌肉,能夠發育成正常的肌肉組織

研究團隊在科學期刊「自然通訊」(Nature Communications )指出,因為「誘導性多功能幹細胞」(Induced pluripotent stem cell, iPSC )就像在胚胎中發現的天然幹細胞般,它們可以分化成任何其他類型的人類細胞,因此該研究團隊將源於人體的非肌肉組織(如:皮膚或血液)的iPSC 進行重組,使其退回到原始狀態,然後加入大量 Pax7 分子,向細胞發送信號,使 iPSC 被誘導成為骨骼肌肉細胞,並成長為「功能正常的人體骨骼肌肉」。接下來,研究人員停止供應 Pax7 分子,並為這些細胞提供營養,直到它完全發育成熟為止。這個新生成的肌肉組織經過二到四週的 3D 培養,肌肉細胞形成肌肉纖維,就能像人體肌肉組織一樣收縮,並對像是電子脈衝或化學信號等外部刺激做出反應。

研究人員表示,若將肌肉纖維植入成年老鼠體內,這些肌肉纖維能存活且運作至少三週,並與老鼠自身組織融合到一起。雖然不如天然肌肉組織那麼強壯,但仍是非常令人雀躍的結果。

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新技術與遺傳療法結合,效果相輔相成!

Bursac 教授說:「利用這種技術,我們可以只取一小塊非肌肉組織的樣本,如皮膚或血液,將獲得的細胞恢復到多能狀態,最終生長出無數的功能性肌纖維來測試。」新技術可以讓患者增長新的肌肉,而不會對病人造成額外的傷害。同時,此項技術也有希望與遺傳療法相結合。依照目前理論上,可以解決來自於患者的誘導性多能幹細胞的遺傳功能障礙,然後生長完全健康的小片肌肉。 雖然這不能完全治癒或取代整個身體的價值的肌肉,它可以與更廣泛的針對性遺傳療法,或搭配局部的問題進行治療。

參與研究的生物醫學工程師 Lingjun Rao 博士說:「經過多年的嘗試與失敗,根據經驗猜測並採取一步一腳印的謹慎步驟,最後終於從多能幹細胞中產生功能良好的人體肌肉。」計畫負責人柏塞克(Nenad Bursac)也表示:「罕見疾病的研究前景,對我們來說特別讓人興奮。」雖然說,目前在實驗室取得了相當令人振奮的結果,但在臨床實踐中的潛力,仍有待觀察。未來,研究人員希望他們的技術能讓科學家在實驗室培養出「無窮盡」功能正常肌肉,用來測試相關的藥物和基因治療,更進一步能避開倫理爭議,為一些罕見及退化性肌肉疾病建立治療模型,並開發出有效的新藥。

文 / Miggy Chang

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參考文獻:
https://www.nature.com/articles/s41467-017-02636-4
https://pratt.duke.edu/news/ipsc-muscle

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