台北榮總婦產部
細胞遺傳中心主任醫師 李新揚 博士 幹細胞是一種具有自我增生及多重分化能力的細胞,身體中許多器官都有幹細胞的存在,例如骨髓、皮膚等。近年來隨著幹細胞研究的突飛猛進,幹細胞在各領域的應用也逐漸呈現。在生殖醫學方面,懷孕及生產時的羊水、臍帶血、臍帶間質(Wharton’s jelly)及胎盤都可分離出幹細胞,這些幹細胞在體外培養時會自我增生,予以適當的誘導時可分化為神經細胞、軟骨細胞、脂肪細胞及肝臟細胞等;有研究顯示幹細胞在體外能夠分化為卵子及精蟲,有潛力應用於不孕夫婦。本文將探討幹細胞在生殖醫學的應用,首先說明各種不同的幹細胞來源,接著描述幹細胞在體外分化為卵子及精蟲的相關研究,並且介紹我們在幹細胞應用於子宮缺損修補的研究成果,最後展望未來的研究方向。 幹細胞的來源 幹細胞最早是從骨髓中分離出來的,其應用也最廣泛,最先是應用於血癌、地中海貧血症等血液疾病之救治,後來發現骨骼所分離出的間質幹細胞於體外除了可分化為血球細胞外,也能分化為神經細胞、心肌細胞、及肝臟細胞等。源自骨髓的間質幹細胞在許多動物疾病模式都有不錯的療效,例如脊髓損傷、腦中風、心肌梗塞、及糖尿病等,它也曾應用於臨床病人,發現在心肌梗塞病患予以植入間質幹細胞可以將心肌梗塞區域減少60%。幹細胞移植的療效有兩種機轉,其一是移植的幹細胞可以分化為缺損的細胞,另一個機轉是移植的幹細胞會分泌生長激素及細胞激素,進而刺激在受損組織附近的內生性幹細胞增生與分化,進而加速組織的修復。 近年來發現源自胎兒的細胞中富含幹細胞,臍帶血、臍帶間質、胎盤及羊水中都富含幹細胞,使這些原本將丟棄的組織能夠成為救人的利器。臍帶血的商業價值是眾所周知的,目前已能夠成功地利用臍帶血幹細胞治療地中海貧血症等血液疾病。源自胎兒的幹細胞中增生及分化能力最強的是從臍帶的結締組織中分離出的間質幹細胞,此種幹細胞在脊髓損傷及巴金森式症的動物模式以被證實有療效,未來應用於臨床的潛力極佳。此外,從著床前胚胎也能取得的幹細胞,稱為胚胎幹細胞,它的增生及分化能力最佳;但是取得胚胎幹細胞須要犧牲著床前胚胎,所以在倫理上有爭議,而且胚胎幹細胞移植後的排斥與畸胎瘤形成也是限制其發展的障礙。 誘導式多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells)為日本學者Shinya Yamanaka所發明,他成功地將四種基因轉入成年體細胞,而將此體細胞轉變為幹細胞,稱為誘導式多能性幹細胞。這種幹細胞的增生及分化能力和胚胎幹細胞幾乎完全相同,而且因為它可以為每個人量身訂做,所以不會有排斥問題,在倫理上也無爭議,是明日之星,唯一須要克服的是植入後的畸胎瘤形成問題。 幹細胞在體外可分化為卵子及精蟲 隨著社會競爭壓力的增加,現代人越來越晚結婚及準備生育,在不孕門診中有許多高齡婦女經過誘導排卵後無法得到足夠的卵子進行人工生殖技術,若能於體外將幹細胞分化形成可用的卵子,對她們是一大福音。在2003年Hubner等學者發表小鼠胚胎幹細胞於體外可以分化為類似濾泡的結構,這些濾泡會長大並排出類似卵子的細胞,這些類卵子細胞於體外並無法使其受精,但是予以適當刺激後可以進行孤雌生殖而發育為類似囊胚的結構。隨後陸續有研究發現人類胚胎幹細胞也可於體外分化為類似卵子的細胞,筆者的研究也有相似的發現,但是至今仍然無人能使這些類卵子細胞受精。 有些不孕症夫婦其不孕原因在於先生睪丸製造精蟲功能喪失,須要靠精蟲捐贈完成孕育下一代的目的。在2006年Nayernia等學者發表小鼠胚胎幹細胞於體外可以分化為精蟲,在體外以顯微注射方式將上述胚胎幹細胞分化形成的精蟲注入卵子,發現可使卵子受精而發育為胚胎,而將此胚胎植入雌鼠子宮角後可以順利著床、成長、及出生,但是這些小鼠出生後在5天至5個月都會夭折,顯示這些胎幹細胞分化形成的精蟲仍然是有缺陷的。 幹細胞可以幫助子宮缺損的修復 罹患子宮大型肌瘤或腺瘤的婦女在接受腹腔鏡肌瘤/腺瘤摘除術時,可能會因為子宮缺損太大而使得縫合張力過大,導致子宮缺損處癒合後的肌肉層較薄,進而增加日後懷孕或自然產時子宮破裂的機率。筆者參與的榮總陽明研究團隊成功地將骨髓間質幹細胞於體外分化為平滑肌細胞,並且發現將間質幹細胞移植入大鼠子宮角缺損時,可以加速子宮缺損的修復,而且將修復完成的子宮角取出予以切片染色發現有間質幹細胞的存在。未來希望間質幹細胞移植能應用在腹腔鏡摘除大型肌瘤或腺瘤,以減少日後懷孕時子宮破裂的機率。 未來展望 誘導式多能性幹細胞是未來的希望所在,每個人都可以訂做自己的誘導式多能性幹細胞,只要接受簡單的皮膚切片或口腔黏膜抹片取得體細胞,再交給實驗室來製造誘導式多能性幹細胞即可,科學家們正在努力克服其移植後形成畸胎瘤的障礙,希望未來能有突破。以後就可以使用自己的誘導式多能性幹細胞於體外分化為精蟲及卵子,尋求孕育下一代的可能。 參考資料 1.Chachques JC. Cellular cardiac regenerative therapy in which patients? Expert Rev Cardiovasc Ther 2009; 7: 911-919. 2.Nayernia K, Nolte J, Michelmann HW, Lee JH, Rathsack K, Drusenheimer N, Dev A, Wulf G, Ehrmann IE, Elliott DJ, Okpanyi V, Zechner U, Haaf T, Meinhardt A, Engel W. In vitro-differentiated embryonic stem cells give rise to male gametes that can generate offspring mice. Dev Cell 2006; 11: 125-132. 評論已關閉。
|