1986年電影《星際迷航 4：搶救未來》(Star Trek IV: The Voyage Home)中，麥考伊醫(yī)生(Dr. McCoy)遞給一位透析患者一顆藥丸，她隨即長出了新的腎臟。這正是再生醫(yī)學(xué)的終極目標(biāo)，但它始終難以實現(xiàn)。

當(dāng)疾病損害心臟或肺等關(guān)鍵器官時，醫(yī)生通常能做的最好的事不過是阻止病情惡化。如今，經(jīng)過三十年的反復(fù)試驗，激活人體自身干細胞、使其成為高級器官修復(fù)工廠的前景已觸手可及。

干細胞是制造負責(zé)組織生長和修復(fù)細胞的關(guān)鍵生物工廠。加州拉霍亞(La Jolla, California)的非營利研究機構(gòu)斯克里普斯研究所(Scripps Research)采用了一種新方法，利用藥物擴增這些細胞。該技術(shù)已在實驗室細胞、小鼠、豬和少數(shù)人類身上使死亡組織復(fù)活。與此同時，其他科學(xué)家終于通過較傳統(tǒng)的技術(shù)取得了一些成功：在實驗室對干細胞進行重新編程，然后將其植入體內(nèi)以生長新組織。

如果進展如預(yù)期，這些方法有朝一日可能顯著提高嚴(yán)重疾病患者的存活率和生活質(zhì)量，其中許多疾病(如骨關(guān)節(jié)炎)與衰老有關(guān)。

大多數(shù)藥物通過減緩疾病進展發(fā)揮作用，但這些新候選藥物旨在修復(fù)損傷?！拔覀冇锌赡茉谖磥韮傻饺陜?nèi)證明，我們可以逆轉(zhuǎn)肺損傷和心臟損傷，” 斯克里普斯研究所首席執(zhí)行官兼總裁皮特?舒爾茨(Pete Schultz)說，“如果我們做到了，這將從根本上改變?nèi)藗儗δ孓D(zhuǎn)疾病的看法?！?/p>

所有相關(guān)科學(xué)家都強調(diào)，仍需在人體中進行測試以確認治療的安全性和有效性，而且任何治療可能需要十年時間才能獲得醫(yī)療批準(zhǔn)。但在再生醫(yī)學(xué)經(jīng)歷了許多次失敗的開端后，他們樂觀地認為終于迎來了轉(zhuǎn)折點。

富血小板血漿注射是目前骨關(guān)節(jié)炎的治療選擇之一。盡管這些注射可以刺激愈合，但效果因人而異。｜國家地理圖片集

再生醫(yī)學(xué)的主要研究方向一直是從患者體內(nèi)提取干細胞，對其進行處理后再重新植入患者體內(nèi)。｜國家地理圖片集

促使天然干細胞發(fā)揮作用

在斯克里普斯研究所，這一過程始于篩選數(shù)百萬潛在藥物分子，以確定哪些分子能刺激器官的天然(或內(nèi)源性)干細胞。研究人員發(fā)現(xiàn)了可增加肺、心臟、關(guān)節(jié)和眼睛中健康干細胞數(shù)量的化合物。

“這種方法既有趣又有效，” 加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院(University of California’s Keck School of Medicine)伊萊和埃德yth?布羅德再生醫(yī)學(xué)與干細胞研究中心(Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research)主任查克?默里(Chuck Murry)說，他并未參與斯克里普斯的項目。默里說，斯克里普斯的技術(shù)向《星際迷航》中的著名場景邁出了一大步。

斯克里普斯的肺部藥物可激活下呼吸道的干細胞，即II型肺泡細胞(type 2 alveolar epithelial, AEC2 cells)，這些細胞負責(zé)制造將陳舊氧氣交換為新鮮氧氣的關(guān)鍵細胞。在健康人中，新的氣體交換細胞會不斷替換受損細胞，但在慢性阻塞性肺疾病、特發(fā)性肺纖維化等疾病中，或當(dāng)肺部被野火煙霧或新冠病毒(COVID-19)等病毒感染損害時，這一過程會受阻。

小鼠研究表明，這種每周一次的吸入藥物可刺激足夠的AEC2干細胞，修復(fù)因肺纖維化(一種嚴(yán)重且通常致命的疾病)受損的肺部。目前，約70名健康人的安全性測試正在進行中，計劃隨后納入一些肺纖維化患者。

耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院(Yale School of Medicine)比較醫(yī)學(xué)和遺傳學(xué)助理教授毛里齊奧?喬喬利(Maurizio Chioccioli)說，使用藥物刺激肺部干細胞可能會改變游戲規(guī)則，因為它可以廣泛應(yīng)用?！澳憧梢韵胂笏苋菀妆皇褂茫驗槿藗兛梢晕胫苯俞槍毎乃幬?，” 喬喬利說。他自己通過對肺干細胞的實時成像研究發(fā)現(xiàn)，它們在修復(fù)過程中會出人意料地移動和改變形狀，設(shè)計治療方案時必須考慮這些過程。

這個實驗室培育的心臟由多能干細胞制成。研究人員希望使用藥物誘導(dǎo)心臟組織在體內(nèi)再生，而非在實驗室中培養(yǎng)。｜國家地理圖片集

心臟病發(fā)作后修復(fù)豬心臟

斯克里普斯的另一款藥物稍晚進入研發(fā)階段，用于在心臟病發(fā)作后重建心肌組織。如今，支架和藥物可以重新打開血管并恢復(fù)血流，這一技術(shù)在近幾十年將心臟病發(fā)作的死亡率降低了一半以上。

“我們顯著提高了存活率，但仍有大量心肌死亡，” 杜克大學(xué)(Duke University)心臟病專家理查德?斯塔克(Richard Stack)說，“如果我們能讓那個失去功能的區(qū)域重新開始跳動，那我們就真正有所成就了?！?/p>

斯塔克是心血管大師聯(lián)盟(Cardiovascular Masters Consortium)的管理合伙人，這是一家由頂尖醫(yī)生組成的咨詢公司，正與斯克里普斯合作開發(fā)該藥物。

這種藥物是一種氫凝膠，在心臟病發(fā)作數(shù)天后注射到心肌周圍的囊中，它會激活一種蛋白質(zhì)通路，而這種通路在心臟達到成年大小后通常會處于休眠狀態(tài)。新激活的干細胞會生成健康細胞，填充心臟受損區(qū)域。

斯克里普斯稱，該藥物在實驗小鼠和少數(shù)豬身上有效，盡管結(jié)果尚未發(fā)表且未經(jīng)過同行評審。一頭豬的成像顯示，其射血分?jǐn)?shù)(衡量心臟向身體泵送富氧血液能力的關(guān)鍵指標(biāo))在心臟病發(fā)作后驟降，但在治療一個月后恢復(fù)正常。更多豬的測試正在進行中，人體試驗預(yù)計于2027年開始。

斯塔克對早期動物實驗結(jié)果“驚嘆不已”?！霸?4年的從醫(yī)經(jīng)歷中，我從未見過如此驚人的結(jié)果，”他說。

傳統(tǒng)技術(shù)取得成功

與此同時，默里和他在南加州大學(xué)(University of Southern California)的同事正在對成人血液干細胞進行重新編程，使其成為心肌細胞，然后進行移植。經(jīng)過數(shù)十年的斷斷續(xù)續(xù)的進展，這種方法終于奏效了?！拔覀冋谛呐K中制造新的肌肉，改善心臟功能；科學(xué)依據(jù)就在那里，” 默里說。

該技術(shù)已在小鼠、大鼠、豚鼠、非人類靈長類動物(nonhuman primates)和豬身上進行了測試，人體試驗預(yù)計于2027 年開始?！拔矣泻侠淼囊罁?jù)說，我們已經(jīng)克服了所有主要障礙，” 默里說。

最后一個障礙是，在恒河猴中，新細胞在移植后的頭幾個月跳動過快，引發(fā)心悸。給動物服用調(diào)節(jié)心律的藥物，或者在植入前對細胞進行基因編輯(gene editing)，解決了這個問題。

在2024年7月發(fā)表的一項研究中，兩只猴子在心臟病發(fā)作后接受治療，順利接受了新細胞，沒有出現(xiàn)任何意外，它們的心臟跳動得就像從未受過傷一樣。

再生醫(yī)學(xué)過去和未來的障礙

與傳統(tǒng)技術(shù)一樣，使用藥物刺激人體天然干細胞的方法也并非沒有挫折。斯克里普斯還試圖針對干細胞生成新的關(guān)節(jié)軟骨來治療骨關(guān)節(jié)炎，但該藥物在最后階段遇到了障礙。

未發(fā)表的研究顯示，這種藥物在動物模型中通過誘導(dǎo)干細胞制造新的關(guān)節(jié)組織被證明是有效的。但在早期臨床試驗(clinical trial)中，將藥物注射到60 人的膝蓋中并未產(chǎn)生足夠數(shù)量的軟骨，無法產(chǎn)生有意義的效果。斯克里普斯已暫停進一步研究，直到開發(fā)出更持久的配方。

諾華也在測試一種刺激軟骨再生的藥物，已成功完成了一項針對約24名患者的小型安全性研究。該公司正在對更多人進行安全性和有效性測試，公司官員尚未對進展發(fā)表評論。

盡管再生醫(yī)學(xué)的終點比以往任何時候都更近，但新的挑戰(zhàn)可能仍會出現(xiàn)。其中之一是確保在生長所需組織和過度刺激細胞之間找到平衡點，過度刺激細胞可能導(dǎo)致癌癥?！拔磥淼恼嬲魬?zhàn)是試圖弄清楚何時、何地以及多大程度上激活這些通路，以增強修復(fù)而不引發(fā)意外后果，”耶魯大學(xué)的喬喬利說。到目前為止，科學(xué)家們對小規(guī)模安全性研究和默里的豬研究中未出現(xiàn)這一問題感到鼓舞，后者發(fā)現(xiàn)心臟或其他器官中沒有異常細胞。

斯克里普斯研究所化學(xué)副教授邁克?博隆(Mike Bollong)說，經(jīng)過數(shù)十年的實驗，也許很快就有可能以一種讓患者重獲優(yōu)質(zhì)生活的方式修復(fù)受損器官。“這正是再生醫(yī)學(xué)的意義所在?！?/p>