從幹細胞到更年期骨鬆症的治療

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台大醫院婦產部  嚴孟祿醫師

 

進入廿一世紀後,生物醫學界最熱門的研究之ㄧ,當屬幹細胞的研究。這主要是由於醫藥衛生進步,大家的壽命大幅延長,造成整個社會老化的程度愈來愈嚴重。有關老人慢性病及再生醫學、幹細胞的研究也就變得愈來愈迫切。

   

再生醫學的基礎 --- 幹細胞   

幹細胞依其來源,可分為下列三大類:

  1. 1.胚胎幹細胞

是從胚胎來,它可以分化成所有的各種細胞。但因取得時必須要摧毀其來源的胚胎,故在道德上有所爭議。

  1. 2.組織幹細胞

指存在於組織或器官內的幹細胞。它在適當的環境下可分化成下游成熟的細胞,以

取代組織中衰老或死亡的細胞,但其分化的能力較為有限。造血幹細胞及間質幹細

胞即是屬於此類

  1. 3.誘導性多功能幹細胞(iPS cell

這是指2006 年日本的山中伸彌教授所發現,藉由將某些基因轉殖入一般的體細胞內,使其能轉化成與胚胎幹細胞一樣,具備自我更新與分化成下游細胞的能力山中伸彌教授也因這重大發現於2012年榮獲諾貝爾醫學獎。

 

可分化為骨細胞的間幹細胞

    間質幹細胞是屬於組織幹細胞的一種。它可以分化成骨骼、軟骨,脂肪、肌肉等下游細胞,以取代其所在組織中衰老或死亡的細胞。它的取得沒有倫理爭議,也不像胚胎幹細胞在分化時可能會產生畸胎瘤。近年來的研究也證實:間質幹細胞具有免疫抑制的作用,在細胞移植時較不會產生排斥反應。這些特點使得目前幹細胞治療的臨床試驗,大多是以間質細胞來進行。

   

更年期骨質疏鬆症的重要

    女性平均停經年齡約在50歲,由於停經後卵巢停止分泌女性荷爾蒙,因此骨質極易快速流失甚或造成骨質疏鬆。據統計60歲的婦女約1/4有脊椎壓迫性骨折,80歲的婦女則有1/5遭受大腿骨骨折需長期臥床。中年婦女的腰酸背痛常常也是骨質疏鬆症所引起,這些停經後骨質疏鬆症及其後續所引發的骨折、依賴他人扶持、長年臥床等,所造成個人及家庭的痛苦,以及所需耗費的社會成本,都是極為龐大。

 

植物性荷爾蒙可誘導幹細胞分化為骨細胞

    由於傳統女性荷爾蒙替代療法目前被證實可能會增加乳癌的罹患率,因此醫學界在治療更年期骨鬆症方面,現在紛紛轉向其它替代方法,包括非荷爾蒙的雙磷酸塩(如已上市的福善美 -- 2000年台大婦產部嚴孟祿醫師主持的臨床試驗,結果證實在治療更年期骨鬆症上效果明顯)及植物性荷爾蒙等。

    由於產生骨質的成骨細胞是由是上游的間幹細胞分化而來,2011年嚴醫師研究團隊發現,植物性荷爾蒙「白藜蘆醇」在間質幹細胞可以活化成骨基因 RUNX2啟動整個間質幹細胞往骨頭方向的分化。之前2004年麻省理工學院的Guarente教授在尖端醫學期刊 Nature雜誌上,曾發表白藜蘆醇可以經由長壽基因SIRT1來抑制脂肪基因PPARγ阻止間質幹細胞往脂肪細胞去分化,但他們那時無法找到往骨頭分化的機制。嚴醫師團隊2011年這個研究成果則補足了整個白藜蘆醇調控間質幹細胞分化方向的機轉。

 

無心插柳的3-D立體幹細胞培養

就像當年救人無數的抗生素盤尼西林的發現,是因為在實驗室仔細觀察才無心插柳得到的成果。一般臨床上我們要應用間質幹細胞時,由於細胞數目常常不足,故需使用生物反應器做細胞增量。2012年嚴醫師研究團隊經仔細觀察後驚喜的發現:當間質幹細胞培養在3-dimension立體,而非一般實驗室培養皿的2-dimension平面環境時,不用加任何藥物它就會自動往骨細胞方向分化,其機轉是經由細胞內骨架張力的改變所致。這個無心插柳的發現,是未來幹細胞增量、誘導分化做臨床應用時很重要的基礎

 

再生醫學──幹細胞與材料組織工程的結合

    再生醫學,指的是讓已經失去作用的器官或組織重新生長出來。它大致可以分為兩個部分:第一個部分是「幹細胞療法」,即是利用具多分化能力的幹細胞,來補充因為疾病或受傷而無法工作的細胞;第二個部分是「組織工程」,它是利用活體取出的細胞,進一步結合適當的生醫材料,使之長出新的組織,以取代原先的受損組織。有趣的是,科學家發現材料的選擇往往可以影響幹細胞的分化方向,比如說間質幹細胞雖然具有分化成不同組織細胞的特性,但若施以壓力則比較容易變成軟骨,改用切力比較容易變成硬骨,施以拉力則容易變成韌帶等等。這些研究成果一點一滴的累積就是以後再生醫學臨床應用的根基。   

    除了骨髓擁有最早被研究的間質幹細胞之外,目前美容手術中抽取後要丟棄的脂肪,其中的間質幹細胞也在組織工程上被多方研究,畢竟將抽脂後的醫療發棄物加上一些組織工程,改造變成有用的組織,實在是一舉數得。

 

期待更美好的明天

   各種抗老藥物及「再生醫學」這類科技的研發,希望可以使我們老化的速度變慢,或在修補之下延長使用時限,甚或可以造出一個「備胎器官」來延長壽命。總之,期待幹細胞與再生醫學的蓬勃發展,在未來給我們人類帶來更美好的希望與福祉。

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諮詢專家

嚴孟祿

(臺大醫院婦產部主治醫師、台大醫學院婦產科教授)