在不久的將來(lái)，修復(fù)人體器官就要從牽強(qiáng)附會(huì)的科幻小說(shuō)中走入尋常的醫(yī)學(xué)實(shí)踐。當(dāng)這些發(fā)生時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生顛覆性的效果，可以比肩疫苗和抗生素的問(wèn)世。
（視頻時(shí)長(zhǎng)14min，請(qǐng)?jiān)趙ifi下觀看 ）
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我想和你們講講一個(gè)叫唐娜的病人。在這張照片中，唐娜70多歲，是一個(gè)精力充沛、健康的女人，也是一個(gè)大家族的領(lǐng)袖。但她有心臟病家族史。有一天，她突然感到胸痛。不幸的是，唐娜沒(méi)有尋求醫(yī)療救助，而是在床上躺了大約12個(gè)小時(shí)，直到疼痛過(guò)去。后來(lái)又出現(xiàn)胸痛時(shí)，她去看了醫(yī)生，心電圖結(jié)果顯示她心臟病發(fā)了，也就是“心肌梗塞”。
這次心梗發(fā)作之后，唐娜的身體大不如前。她的體能逐漸下降，她不能做很多以前喜歡的體育活動(dòng)。漸漸地她不能跟上孫子孫女的地步，而且要走到樓道盡頭去拿信件也變得費(fèi)勁了。一天，她的孫女過(guò)來(lái)遛狗，發(fā)現(xiàn)奶奶死在椅子上。醫(yī)生說(shuō)這是一種繼發(fā)于心力衰竭的心律失常。但我最后要告訴你們的是，唐娜不僅僅是個(gè)普通病人，唐娜是我母親。
不幸的是，像我們這樣的故事太普遍了。心臟疾病是全世界的頭號(hào)殺手。在美國(guó)，這是病人入院的最常見(jiàn)原因，也是醫(yī)療支出最多的部分。每年，我們花1000多億美元，在這個(gè)國(guó)家用于心臟疾病的治療。順便說(shuō)下，這是華盛頓州年度預(yù)算的兩倍多。
是什么使這種疾病如此致命？這一切都是因?yàn)樾呐K是在人體內(nèi)最缺乏再生能力的器官。當(dāng)將血液注入心臟壁的冠狀動(dòng)脈中出現(xiàn)血液凝塊時(shí)，心梗就會(huì)發(fā)作。這會(huì)堵塞血流，而心臟肌肉的新陳代謝又非?；钴S，所以在血液流動(dòng)中斷后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，心臟很快就死了。心臟無(wú)法長(zhǎng)出新的心肌，它只能通過(guò)形成疤痕而愈合。這讓病人的心肌數(shù)量出現(xiàn)了短缺。在太多的人身上，他們的病情已經(jīng)壞到心臟無(wú)法滿足身體對(duì)血液流動(dòng)的需求，供求失衡是心力衰竭的癥結(jié)所在。
所以當(dāng)我和人們談?wù)撨@個(gè)問(wèn)題時(shí)，人們經(jīng)常聳聳肩，然后說(shuō)：“好吧，我們總會(huì)為某件事而死?！?/span>
看起來(lái)我們已經(jīng)對(duì)這個(gè)現(xiàn)狀自我放棄了。真是這樣嗎？我覺(jué)得有更好的方法，這種更好的方法是將干細(xì)胞作為藥物。
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那么，究竟什么是干細(xì)胞？如果你在顯微鏡下觀察它們，它們只是簡(jiǎn)單的小圓形細(xì)胞。但這掩蓋了兩個(gè)顯著的特征。首先，它們可以瘋狂地分裂。所以我只需要一個(gè)細(xì)胞，一個(gè)月后，我可以把它長(zhǎng)到數(shù)十億個(gè)細(xì)胞。第二，它們可以分化或變得更具特性，所以這些簡(jiǎn)單的圓形細(xì)胞可以變成皮膚，可以變成大腦，可以變成腎臟……事實(shí)上，我們體內(nèi)的一些組織充滿了干細(xì)胞。例如，我們的骨髓每天產(chǎn)生數(shù)十億個(gè)血細(xì)胞。而心臟和其他一些組織就相當(dāng)穩(wěn)定，據(jù)我們所知，心臟完全缺乏干細(xì)胞。所以對(duì)于心臟來(lái)說(shuō)，我們必須從外部引進(jìn)干細(xì)胞。為此，我們轉(zhuǎn)向最有效的干細(xì)胞類型，多能干細(xì)胞。多能干細(xì)胞可以分化為構(gòu)成人體的240種細(xì)胞中的任何一種。
這是我的想法：我想培養(yǎng)人類多能干細(xì)胞，讓它們大量分裂，進(jìn)而分化為心肌細(xì)胞，然后把它們從培養(yǎng)皿中拿出來(lái)，再把它們移植到病人的心臟上。我認(rèn)為新的心肌細(xì)胞會(huì)縫合心臟上的傷口，進(jìn)而會(huì)恢復(fù)心臟的收縮功能。
在你們繼續(xù)鼓掌之前，我想說(shuō)，這是我20年前的想法。當(dāng)時(shí)我很年輕，我認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)室里待上五年可以解決這個(gè)問(wèn)題，我們會(huì)把這個(gè)想法在臨床上變成現(xiàn)實(shí)。我來(lái)告訴你們到底發(fā)生了什么。
我們開(kāi)始探索將這些多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)差不多算成功了。我們?cè)谂囵B(yǎng)皿中放了一些跳動(dòng)的人體心臟肌肉，這很酷，因?yàn)樗砻鳎瓌t上我的想法應(yīng)該可以做到。但當(dāng)我們開(kāi)始做細(xì)胞計(jì)數(shù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)1000個(gè)干細(xì)胞中只有一個(gè)實(shí)際上變成了心肌細(xì)胞。其余的只是大腦細(xì)胞、皮膚細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和腸道細(xì)胞的混合。如何才能讓一個(gè)能變成任何東西的細(xì)胞只變成心肌細(xì)胞呢？
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為此，我們轉(zhuǎn)向了胚胎學(xué)。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，胚胎學(xué)家一直在思考心臟發(fā)育的奧秘。他們給了我們一張類似谷歌地圖的東西，表明了如何從一個(gè)受精卵一直發(fā)育出人類心血管系統(tǒng)。我們貪婪地使用了所有這些信息，并試圖使人的心血管發(fā)育過(guò)程在一個(gè)培養(yǎng)皿里發(fā)生。我們花了五年時(shí)間，現(xiàn)在，我們可以讓90%的干細(xì)胞變成心肌細(xì)胞——提高了900倍。這很令人興奮。
這張幻燈片展示了我們當(dāng)前的細(xì)胞產(chǎn)物。我們的心肌細(xì)胞在被稱為心臟類器官的三維結(jié)構(gòu)中發(fā)育。每個(gè)心臟類器官中都有500到1000個(gè)心肌細(xì)胞。如果你仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些小的類器官實(shí)際上在運(yùn)動(dòng)；每個(gè)類器官都在獨(dú)立地跳動(dòng)。它們還有另一個(gè)小奧秘。我們從太平洋西北部的水母身上提取了一個(gè)基因，我們使用了一種叫做基因組編輯的技術(shù)把這個(gè)基因拼接到干細(xì)胞中。這使得我們的心肌細(xì)胞每跳動(dòng)一次都會(huì)閃爍綠色。
現(xiàn)在，我們終于準(zhǔn)備好開(kāi)始動(dòng)物實(shí)驗(yàn)了。我們將心肌細(xì)胞移植到有實(shí)驗(yàn)性心梗發(fā)作的老鼠的心臟里。一個(gè)月后，我焦急地通過(guò)顯微鏡觀察，想看看長(zhǎng)出了什么，然而什么都沒(méi)有，一切都死了。
我們堅(jiān)持不懈，想出了一種生化雞尾酒，我們稱之為“助生雞尾酒”，這足以細(xì)胞抗住移植的壓力而存活下來(lái)?，F(xiàn)在當(dāng)我通過(guò)顯微鏡看的時(shí)候，我能看到這些新鮮的、年輕的人類心肌在受傷的老鼠心臟壁上生長(zhǎng)。這變得非常令人興奮。
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下一個(gè)問(wèn)題是：這種新的肌肉會(huì)與心臟的其他部分同步跳動(dòng)嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們又回頭研究含有水母基因的細(xì)胞。我們基本上就把這些細(xì)胞當(dāng)做太空探測(cè)器一樣來(lái)使用，我們把它們放到一個(gè)陌生的環(huán)境中，通過(guò)返還給我們的閃爍信號(hào)，來(lái)了解它們的生物活性。你們現(xiàn)在看到的是一個(gè)放大的豚鼠心臟的黑白圖像，這顆心臟受了傷，然后接受了三輪的人體心肌移植。
你們可以看到那些斜行的白線。每條白線里面都有幾百萬(wàn)人類心肌細(xì)胞。當(dāng)我開(kāi)始放視頻的時(shí)候，你們就可以看到我們通過(guò)顯微鏡看到的那些景象。細(xì)胞在閃爍，而且它們?cè)谕介W爍，通過(guò)受傷的心臟壁傳回來(lái)。這是什么意思？這意味著細(xì)胞是活的，它們很好，它們?cè)谔鴦?dòng)，它們已經(jīng)成功融為一體了，它們?cè)谕教鴦?dòng)。
但還有更有意思的事情。如果你看底部的線條，這是豚鼠心臟的心電圖。如果你把閃光和心跳排成一行，如圖所示，你看到的是一對(duì)一的完美對(duì)應(yīng)。換言之，豚鼠自身的心臟正在主導(dǎo)，而人體心肌細(xì)胞則是亦步亦趨的跟隨著，就像好士兵一樣。
我們目前的研究已經(jīng)進(jìn)入了我所認(rèn)為的和人類最相近的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，那就是獼猴實(shí)驗(yàn)。下一張幻燈片是一幅顯微圖像，展示了一只實(shí)驗(yàn)性心梗發(fā)作的獼猴心臟，然后被注射了鹽水。這基本上就像安慰劑治療，顯示疾病的自然發(fā)生過(guò)程。獼猴的心肌呈紅色，藍(lán)色部分，你可以看到心臟病引起的疤痕組織。當(dāng)你看著這張圖時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)心室壁的一部分肌肉有很大的缺陷。不難想象這顆心臟在起搏時(shí)會(huì)有多么大的阻礙。
相反，這是顆接受干細(xì)胞治療的心臟。同樣的，你可以看到猴子的心肌是紅色的，但是很難看到藍(lán)色的疤痕組織，那是因?yàn)槲覀冇昧巳祟惖男募∪セ謴?fù)了它，我們重新有了一扇漂亮豐滿的心室壁。
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讓我們花點(diǎn)時(shí)間回顧一下。我已經(jīng)向你展示了我們的干細(xì)胞以及它們分化成心肌細(xì)胞的過(guò)程。我們已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何在移植后保持它們的活力，我們已經(jīng)證明它們與心臟的其他部分同步跳動(dòng)，我們已經(jīng)在最能預(yù)測(cè)人類反應(yīng)的動(dòng)物身上也得到了證明。你們會(huì)認(rèn)為我們清除了所有阻礙我們前進(jìn)的路障，對(duì)吧？事實(shí)證明，不是這樣。
這些獼猴的研究也告訴了我們，人類的心肌細(xì)胞造成了一段時(shí)間的心電不穩(wěn)定。它們引起了室性心律失?；虿灰?guī)則的心跳，長(zhǎng)達(dá)移植后幾個(gè)星期之久。這完全出乎意料，因?yàn)槲覀冊(cè)谛?dòng)物身上沒(méi)有看到過(guò)這種情況。我們對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)生的原因是我們的細(xì)胞不成熟，未成熟的心肌細(xì)胞都像起搏器，當(dāng)我們把它們放進(jìn)心臟，它們便開(kāi)始與心臟的自然起搏競(jìng)爭(zhēng)決定誰(shuí)來(lái)占主導(dǎo)地位。
這就有點(diǎn)像如果你一下子把一群傻乎乎的青少年帶到你井然有序的家里，他們不想遵守你的規(guī)則和節(jié)奏，需要一段時(shí)間來(lái)控制所有人，讓人們以協(xié)調(diào)一致的方式工作。我們現(xiàn)在的計(jì)劃是，當(dāng)細(xì)胞還在培養(yǎng)皿里的時(shí)候，讓它們經(jīng)歷這個(gè)麻煩的“青春期”，在“青春期”后再移植它們，那時(shí)它們會(huì)更加的有序，準(zhǔn)備好遵守它們的行軍命令。事實(shí)證明，當(dāng)這種方法和抗心律失常藥物結(jié)合時(shí)，我們做的相當(dāng)不錯(cuò)。
還有一個(gè)大問(wèn)題，當(dāng)然，這是我們開(kāi)始做這件事的全部目的：我們真的能恢復(fù)受傷心臟的功能嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們研究了所謂的“左心室射血分?jǐn)?shù)”。射血分?jǐn)?shù)是每一次心臟起搏時(shí)從心腔中擠出來(lái)的血液量。
健康的獼猴，就像健康人一樣，射血分?jǐn)?shù)約為65%。心梗發(fā)作后，射血分?jǐn)?shù)下降到40%左右，所以這些動(dòng)物很快就會(huì)患上心力衰竭。在接受安慰劑注射的動(dòng)物中，一個(gè)月后當(dāng)我們掃描它們時(shí)，射血分?jǐn)?shù)沒(méi)有變化，因?yàn)樾呐K不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。但是在每只接受人體心肌細(xì)胞移植的動(dòng)物身上，心臟功能有了實(shí)質(zhì)性的改善。從40%到48%，平均有8%的提升。
我能告訴你的是，8%比現(xiàn)在市場(chǎng)上任何用于治療心臟病患者的方法都要好，比我們把所有的療法放在一起比都還要好。如果能在臨床上達(dá)到8%的改善，這將會(huì)對(duì)人類健康會(huì)產(chǎn)生很大的影響。
還有更令人興奮的。這只是移植后的四周。如果我們把這些研究延長(zhǎng)到三個(gè)月，射血分?jǐn)?shù)會(huì)增長(zhǎng)22個(gè)點(diǎn)。
這些治療過(guò)的心臟，功能非常好，如果我們事先不知道這些動(dòng)物有過(guò)心梗發(fā)作，我們永遠(yuǎn)無(wú)法從功能研究中將它們辨別區(qū)分出來(lái)。
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接下來(lái)的計(jì)劃是，2020年首次在華盛頓大學(xué)進(jìn)行1期人體試驗(yàn)。如果這些研究是安全有效的，我們將擴(kuò)大規(guī)模，把這些細(xì)胞運(yùn)到世界各地用于治療心臟病患者。鑒于這種疾病的全球性負(fù)擔(dān)，我可以很容易地想象，每年將治療一百萬(wàn)或更多的病人。
我設(shè)想，也許十年后，像我母親這樣的病人會(huì)接受真正的治療，這可以解決根本原因，而不僅僅是緩解癥狀。干細(xì)胞讓我們有能力來(lái)修復(fù)自身。
在不久的將來(lái)，修復(fù)人體器官就要從牽強(qiáng)附會(huì)的科幻小說(shuō)中走入尋常的醫(yī)學(xué)實(shí)踐。當(dāng)這些發(fā)生時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生顛覆性的效果，可以比肩疫苗和抗生素的問(wèn)世。
▲Chuck Murry博士是華盛頓大學(xué)干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究所的負(fù)責(zé)人
參考資料：
[1] Chuck Murry. (2018). Can we regenerate heart muscle with stem cells. Retrieved May 8, 2019, from https://www.ted.com/talks/chuck_murry_can_we_regenerate_heart_muscle_with_stem_cells
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