zxcvb: 科學家為何在活體老鼠中培養人類幹細胞

幹細胞因其能夠轉化為血細胞、皮膚細胞、神經細胞和肌肉細胞等多種細胞類型，在醫學研究中被認為具有巨大潛力。 科學家們相信，理解幹細胞的工作原理並掌握操控其發育過程的方法，可能在多個領域帶來重大進展。 但這需要大量嚴謹的研究，因此分子生物學家正致力於開發更高效、更優質的培養技術來獲取高品質人類幹細胞。 研究發現，一種可行方案是在活體老鼠中培養人類幹細胞。

目前，科研中最常用且有效的細胞培養方式是體外細胞培養。 “體外”一詞源自

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拉丁語“in glass”，但現代實驗多使用塑膠容器如燒瓶或培養皿。 儘管人類在體外培養植物、動物和人類細胞方面已有近百年經驗，但這種方法存在顯著缺陷。 首要問題在於細胞在體外難以良好生長，必須精確調控培養條件才能使其茁壯增殖。 另一關鍵問題是：細胞在生物體內生長時處於複雜系統中，被其他細胞、蛋白質和組織包圍在三維環境中; 而體外培養通常僅能形成附著在容器上的單層細胞，或僅適用於特定細胞的懸浮培養。 這導致體外培養的細胞無法準確類比生物體內的真實行為，研究數據可能與活體情況不符。 雖然對多數應用而言已足夠接近，但遠非理想狀態。

絕大多數幹細胞研究同樣依賴體外方法，因此這些細胞同樣面臨上述問題，甚至更嚴重——培養過程可能干擾其向其他細胞類型分化的關鍵能力。 在培養人類幹細胞時，精確控制每個細節至關重要。 科學家期望幹細胞研究能幫助治療或治愈阿爾茨海默病、帕金森病等複雜疾病，這些疾病損害幾乎無法再生的神經元。 若能理解並利用幹細胞的再生能力，未來或可修復受損神經元。 當前研究聚焦於多能幹細胞，這類細胞能分化為身體所需的大多數細胞類型，但實現精準分化需極其嚴格的培養技術。

如何優化人類幹細胞培養？ 使用活體老鼠替代培養皿成為潛在解決方案。 例如，劍橋大學研究人員在2016年將人類幹細胞注入小鼠胚胎，觀察其是否隨小鼠同步發育。 結果顯示，超70%的移植胚胎成功生長出人類幹細胞，證明人類幹細胞可在活體小鼠胚胎階段實現體內培養。 然而，研究需大量幹細胞，2020年的新突破解決了此難題：為在小鼠體內培養足量人類多能幹細胞，研究人員首先將細胞重置回原始階段（naive phase）——多

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能性的最初狀態。 這是因為小鼠胚胎幹細胞處於原始階段，而人類多能幹細胞已進入啟動階段（primed phase），即準備定向分化的階段。 為使人類幹細胞有效生長，必須匹配小鼠胚胎發育階段。 科學家通過注射抑製劑關閉細胞發育相關蛋白質，將啟動階段幹細胞轉化為原始階段，再將其植入2-4日齡小鼠胚胎。 約17天后分析顯示，衍生自原始人類幹細胞的細胞佔胚胎總量的0.1%-4%——考慮到小鼠胚胎本應發育成小鼠而非人類，這一比例相當可觀。 更關鍵的是，這些幹細胞已在小鼠體內分化為肝細胞、皮膚細胞和血細胞等人類細胞類型。

該技術對生物醫學研究意義重大。 首先，它能創建更精準的人類疾病小鼠模型：當前雖用小鼠研究人類疾病，但小鼠無法自然罹患所有目標疾病，基因改造類比癥狀的準確性也有限; 讓小鼠攜帶人類細胞可顯著縮小實驗差距。 另一重大突破在於器官生成：若能在非人類動物體內培養細胞，未來或可在其體內培育功能性人類器官。 科學前景雖廣闊，但倫理挑戰不容忽視——若動物含有人類細胞和DNA，是否應區別於普通實驗動物？ 儘管在老鼠中培養細胞的方法不會取代傳統技術，但它為實現幹細胞的醫療潛力提供了關鍵路徑。