1、學(xué)科發(fā)展D i s c i p l i n a r y D e v e l o p m e n t干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及重要意義*江虎軍1孫瑞娟1裴端卿2董爾丹1(1國家自然科學(xué)基金委員會醫(yī)學(xué)科學(xué)部北京1000832中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥研究院廣州530530*收稿日期:2011年1月4日摘要文章主要分析了干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)在當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的發(fā)展現(xiàn)狀,認(rèn)為干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的一門新興學(xué)科,它對醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有引領(lǐng)作用。為凝聚研究力量、規(guī)劃研究方向和合理整合研究資源,促進我國再生醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展,認(rèn)真審視干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)在我國醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的布局已成為一個很迫切的問題。關(guān)鍵詞干

2、細(xì)胞,再生醫(yī)學(xué),研究領(lǐng)域布局DOI :10.3969/j.issn.1000-3045.2011.02.006溫家寶總理2009年在中科院成立60周年紀(jì)念活動及與首都科技界大會上的重要講話中指出:“目前,世界主要發(fā)達國家的干細(xì)胞研究發(fā)展勢頭強勁。干細(xì)胞研究促進了再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展,這是繼藥物治療、手術(shù)治療之后的又一場醫(yī)療革命。我們要力爭在干細(xì)胞研究的更多領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位”。從當(dāng)今的發(fā)展趨勢看,再生醫(yī)學(xué)已是現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)的一種嶄新的治療模式,對醫(yī)學(xué)治療理論、治療和康復(fù)方針的發(fā)展有重大的影響,也是近年來包括中國在內(nèi)的世界各國政府重點發(fā)展和研究的高新科技領(lǐng)域之一。再生醫(yī)學(xué)的研究范疇在醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域占有重要地

3、位,再生醫(yī)學(xué)的加入是對醫(yī)學(xué)學(xué)科的最重要拓展與完善,再生醫(yī)學(xué)對醫(yī)學(xué)治療理論、治療和康復(fù)方針的發(fā)展有重大影響,對醫(yī)學(xué)學(xué)科理論的發(fā)展具有重要意義,其前沿性與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究手段和理念的結(jié)合將推動醫(yī)學(xué)學(xué)科迅速跨上一個前所未有的高度。從近年來的快速發(fā)展和再生醫(yī)學(xué)所展現(xiàn)的前景看,它已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的一個新的學(xué)科,重視再生醫(yī)學(xué)不僅是學(xué)科發(fā)展、臨床應(yīng)用的需要,同時也是國際競爭的需要1,2。目前我國已形成了一支優(yōu)秀的干細(xì)胞研究隊伍,通過加大投入,假以時日,完全有能力在干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域贏得一席之地甚至搶奪制高點。1干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)對整個醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展的重要意義廣義上講,再生醫(yī)學(xué)是一門研究如何促進創(chuàng)傷與

4、組織器官缺損生理性修復(fù)以及如何進行組織器官再生與功能重建的新興學(xué)科,其主要通過研究干細(xì)胞分化以及機體的 干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及重要意義正常組織創(chuàng)傷修復(fù)與再生等機制,尋找促進機體自我修復(fù)與再生,并最終達到構(gòu)建新的組織與器官以維持、修復(fù)、再生或改善損傷組織和器官功能之目的。盡管再生醫(yī)學(xué)為我們展現(xiàn)了美好的前景,但現(xiàn)在依然處在基礎(chǔ)研究階段。作為再生醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)的干細(xì)胞研究涉及健康科學(xué)的許多重要領(lǐng)域。在基礎(chǔ)研究方面,通過對干細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的分子調(diào)控機制的了解,有助于我們認(rèn)識細(xì)胞生長、分化、發(fā)育和器官形成等基本生命規(guī)律,從而可以在體外擴增和誘導(dǎo)干細(xì)胞進行定向分化,從技術(shù)上發(fā)展符合臨床標(biāo)準(zhǔn)的單一種類

5、干細(xì)胞的擴增方法,并研究干細(xì)胞移植入體內(nèi)后的生長、遷移、分化,直至功能的重新構(gòu)建;由干細(xì)胞派生而來的相關(guān)模型還可作為藥物和功能基因篩選的理想研究平臺,并闡明諸如癌癥、遺傳性疾病、神經(jīng)退行性病變、自身免疫性疾病等疾病的發(fā)病機理。在臨床應(yīng)用方面,科學(xué)家們已成功地在體外將人的胚胎干細(xì)胞分化為肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、胰腺細(xì)胞、造血細(xì)胞和神經(jīng)元,甚至具有功能的多巴胺神經(jīng)元及少突膠質(zhì)細(xì)胞和星狀膠質(zhì)細(xì)胞,等等。在組織干細(xì)胞方面,科學(xué)家們能成功從皮膚、骨、骨髓、脂肪等組織器官中分離培養(yǎng)出干細(xì)胞,并嘗試用這些細(xì)胞用于疾病的治療。利用干細(xì)胞構(gòu)建各種組織、器官并將其作為移植的來源將成為干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向。干細(xì)

6、胞幾乎涉及人體所有的重要組織和器官,因此干細(xì)胞治療將有可能為解決人類面臨的許多醫(yī)學(xué)難題提供保障,如意外損傷、放射損傷等患者的植皮,神經(jīng)的修復(fù),肌肉、骨及軟骨缺損的修補,髖、膝關(guān)節(jié)的置換,血管疾病或損傷后的血管替代,糖尿病患者的胰島植入,癌癥患者手術(shù)后大劑量化療后的造血和免疫重建,切除組織或器官的替代,部分遺傳缺陷疾病的治療等。因而,再生醫(yī)學(xué)中的干細(xì)胞相關(guān)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究將使人類修復(fù)和制造組織器官的夢想得以實現(xiàn),是醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展的必然方向。2干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)已成為生物醫(yī)學(xué)國際競爭的一個焦點干細(xì)胞的商業(yè)前景及其對改善人類健康的價值無疑是巨大的,這使它成為當(dāng)今國際間競相追逐的焦點之一。到目前為止,美國、

7、英國、德國、意大利、荷蘭、法國、瑞典、比利時、捷克、以色列、加拿大、中國、日本、韓國、新加坡、印度、澳大利亞、南非、巴西等越來越多的國家和地區(qū)紛紛投入到這一領(lǐng)域中。正是由于干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)既能給現(xiàn)有臨床治療模式帶來深刻變革,又是21世紀(jì)具有巨大潛力的新興高科技產(chǎn)業(yè)之一,因此國際上已形成了國際性的科技競爭和產(chǎn)業(yè)化競爭的熱潮,再生生物學(xué)產(chǎn)品正逐步成為衡量一個國家或地區(qū)科技發(fā)展水平與健康水平的重要標(biāo)志之一,世界各國均紛紛斥巨資參與這一領(lǐng)域的研究與開發(fā)。2000年,全球從事再生生物學(xué)產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)為66家,2002年已增至99家,其中僅美國就有50家,目前已經(jīng)形成價值60億美元的產(chǎn)業(yè),并以每年25%的

8、速度遞增。據(jù)預(yù)測,到2015年左右,美國的再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品部分將有4000億美元的營業(yè)額,倘若加上治療前后的相關(guān)費用,市場將會達到10000億美元,成為美國經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)之一。我國是世界第一人口大國,因創(chuàng)傷、疾病、遺傳和衰老造成的組織器官缺損或功能障礙人數(shù)位居世界之首。我國每年燒傷、燙傷病人達500萬1000萬例;乙肝病毒攜帶者為1.2億,丙肝病毒攜帶者為1500萬人,其轉(zhuǎn)化為乙型肝炎與丙型肝炎的比例分別為20%和50%,即2400萬人和750萬人,部分患者將最終發(fā)展成肝硬化或肝癌,每年因終末期肝病死亡約30萬人,其中約50%死于肝癌;糖尿病已成為繼心腦血管性學(xué)科發(fā)展D i s c i p l

9、i n a r y D e v e l o p m e n t疾病和腫瘤之后位居第三位的嚴(yán)重危害人類健康的慢性非傳染性疾病;我國60歲以上人群的帕金森氏病發(fā)病率為1.5%,70歲以上人群升至2%。我國對再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的需求將位居全球之首,但隨著我國加入WHO ,知識產(chǎn)權(quán)保護日益成為我國突出的科學(xué)技術(shù)問題,因此,加強對再生醫(yī)學(xué)的研究與開發(fā),加大投入,盡快獲得擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品成果,使我國在未來激烈的國際競爭中占有一席之地,已是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的當(dāng)務(wù)之急。3我國已具有一支相當(dāng)規(guī)模的干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究隊伍圍繞再生醫(yī)學(xué)所開展的干細(xì)胞研究已受到世界各國政府和全世界科學(xué)家的高度重視。政府和企業(yè)均

10、已在此領(lǐng)域投入巨資開展相關(guān)研究,而且大量與干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)有關(guān)的研究機構(gòu)不斷涌現(xiàn),許多大學(xué)已成立專門的干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究機構(gòu),比如美國的哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、加州大學(xué),英國的劍橋大學(xué)、牛津大學(xué),日本的理化所、東京大學(xué)與京都大學(xué)等知名大學(xué)和研究機構(gòu)均成立了再生醫(yī)學(xué)研究中心或干細(xì)胞研究中心。在美國大學(xué)里干細(xì)胞實驗室的數(shù)量在大幅度攀升,從事與之相關(guān)研究的人員正在以驚人的速度增加。此外,美國加利福尼亞州政府投資30億美元建立了再生醫(yī)學(xué)研究所,而且各大藥物研發(fā)公司例如著名的Pfizer ,也組建了再生醫(yī)學(xué)研究部門,等等。在2009年公布的中國科技發(fā)展2050年路線圖中,提出了作為新興學(xué)科的干細(xì)胞和再生醫(yī)

11、學(xué),必須在我國大力發(fā)展的策略。作為世界上最大的資助生物醫(yī)學(xué)研究的NIH 也專門設(shè)立了再生醫(yī)學(xué)行動計劃,而且已經(jīng)啟動了相關(guān)的研究計劃開展再生醫(yī)學(xué)研究,并有著名專家呼吁NIH 應(yīng)設(shè)立專門的干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)評審組3。美國科學(xué)院在深入研究了干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的前景后,已建議美國國會加大對干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的投入。作為再生醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)的干細(xì)胞研究,我國與世界幾乎同時啟動。國家自然科學(xué)基金委在成立之初便資助過動物干細(xì)胞建系方面的研究;1999年將人類干細(xì)胞建系研究列為重點招標(biāo)領(lǐng)域;2000年科技部也將干細(xì)胞研究列為“973”招標(biāo)領(lǐng)域。之后我國對干細(xì)胞的研究一直給予了連續(xù)的支持,特別是iPS 技術(shù)出現(xiàn)后,國際上的再

12、生醫(yī)學(xué)研究呈現(xiàn)跨越式發(fā)展。幾年來,國家和地方政府均對干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)有大量投入,國家科技部還設(shè)立了干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的“973”和“863”專項。近期,科技部將干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)列為繼生殖與發(fā)育、蛋白質(zhì)科學(xué)、量子科學(xué)、納米科學(xué)之后的第五個重大專項,充分反映了我國對該領(lǐng)域的高度重視。中科院已將干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究列入未來戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項,在“十二五”期間,計劃投入9億人民幣資助80個以上的實驗室開展相關(guān)研究。近年來,我國科學(xué)家在再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域取得了重大進展:2007年底,中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院繼日本、美國之后成功地誘導(dǎo)出多能干細(xì)胞,并在國內(nèi)建立了Oct4/Sox2/Klf4/Myc 所介

13、導(dǎo)的體細(xì)胞重編程技術(shù)平臺,在篩選方法上采用了普遍應(yīng)用性強的直接非抗性篩選體系。該研究院不僅在干細(xì)胞技術(shù)與理論上不斷創(chuàng)新,還通過舉辦培訓(xùn)班和國際學(xué)術(shù)活動積極推動我國在iPS 技術(shù)方面的發(fā)展,建立了我國第一個干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟,致力于我國在該領(lǐng)域的技術(shù)骨干的普及與培養(yǎng),先后建立了一系列技術(shù)與體系,包括基于維生素C 的高效重編程技術(shù),文章發(fā)表后被國際國內(nèi)媒體廣泛報道4,5。北京大學(xué)鄧宏魁教授在多能干細(xì)胞(iPS 技術(shù)建立和將iPS 向胰島細(xì)胞分化方面成績顯著6;中科院上海生命科學(xué)院肖磊研究員利用iPS 技術(shù)產(chǎn)生了大 鼠的多能干細(xì)胞;上海交通大學(xué)吳際教授在生殖干細(xì)胞研究方面也做出了重要貢

14、獻7。特別值得一提的是,中科院動物所周琪教授與上海交通大學(xué)曾凡一教授,以及北京生命科學(xué)研究所高紹榮教授的兩個團隊合作8,利用胚胎四倍體技術(shù)證明通過iPS細(xì)胞可以產(chǎn)生正常的小鼠后代,證實iPS具有與胚胎干細(xì)胞一樣的全能性,這一成果被美國時代周刊選為2009年度5大重大突破之一?？上驳氖?許多從事分子生物學(xué)研究的科學(xué)家也紛紛轉(zhuǎn)向干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域,使我國形成了一支具有一定實力、在一些領(lǐng)域具有鮮明特色的研究隊伍。中科院已將相關(guān)的實驗室組建為研究聯(lián)盟,此外不少大學(xué)也成立了干細(xì)胞研究聯(lián)盟,而且許多研究單位也成立了相關(guān)的部門實驗室,估計從事干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究的實驗室達到300個以上。國家發(fā)改委已經(jīng)

15、成立了兩個干細(xì)胞工程中心,其目的就是讓再生醫(yī)學(xué)走向臨床。國家自然科學(xué)基金委近年受理的與干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究相關(guān)的項目也呈現(xiàn)急劇增加的趨勢。4目前是發(fā)展我國干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究的有利時機再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了3個發(fā)展階段:第一個階段源于1981年小鼠胚胎干細(xì)胞系和胚胎生殖細(xì)胞系建系的成功(這項成果直接導(dǎo)致了基因敲除技術(shù)的產(chǎn)生,這是再生醫(yī)學(xué)理論的誕生;第二個階段始于1998年美國科學(xué)家Thomson等人成功地培養(yǎng)出世界上第一株人類胚胎干細(xì)胞系,從此,在全球范圍內(nèi),科學(xué)家希望將胚胎干細(xì)胞定向分化以構(gòu)建一個豐富的健康組織庫用來替代一些被疾病損傷及老化的組織或器官,以達到治療與康復(fù)的效果,這是再生醫(yī)學(xué)的真

16、正開始。但由于獲取胚胎干細(xì)胞所帶來的倫理等問題一直受到來自多方面的制約,因而干細(xì)胞研究進展有限;第三個階段便是2006年底日本京都大學(xué)Ymanaka和美國科學(xué)家Thomson兩個研究組分別在Cell與Science上報道的利用4種轉(zhuǎn)錄因子聯(lián)合轉(zhuǎn)染人的體細(xì)胞成功地誘導(dǎo)出多能干細(xì)胞(iPS9,10,這意味著科學(xué)家們已克服了因倫理而不能采用胚胎干細(xì)胞進行細(xì)胞治療的瓶頸,使得再生醫(yī)學(xué)離臨床又近了一步。正是由于再生醫(yī)學(xué)所具有的廣闊的發(fā)展前景,國家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院等部門都對干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究給予了極大的重視,目前,再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞研究發(fā)展已到了一個重要的階段,現(xiàn)在是對我國再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域從

17、研究力量、研究方向和研究資源進行整合的大好時機,這種戰(zhàn)略規(guī)劃必將推動我國干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究上一個新的臺階。國家自然科學(xué)基金委是我國基礎(chǔ)研究資助機構(gòu)中的領(lǐng)頭羊,在科技界具有良好的聲譽,受到廣大科學(xué)家的信賴,國家財政在2010、2011年對國家自然科學(xué)基金委的撥款均有大幅增加,這在國家自然科學(xué)基金委的成長歷史上是絕無僅有的,充分說明它在基礎(chǔ)研究資助中發(fā)揮的作用越來越大,這也為支持干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究提供了很好的條件。因此,如何構(gòu)建一個有利于我國干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)發(fā)展的體制和機制,以凝聚研究力量,規(guī)劃研究重點和方向,合理配置研究資源,使我國的干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究在國際上真正占有一席之地,已成為一個比

18、較迫切的問題。在2010年的“兩會”期間,有代表從戰(zhàn)略高度呼吁國家自然科學(xué)基金委高度重視干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)這一新興學(xué)科。2010年11月國家自然科學(xué)基金委第52期“雙清論壇”會上,專家一致認(rèn)為干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域未來的重要發(fā)展方向,既有重大理論研究價值,又屬于國家重大需求,國家應(yīng)關(guān)注并干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及重要意義學(xué)科發(fā)展D i s c i p l i n a r y D e v e l o p m e n t加大支持力度,甚至提出要設(shè)立干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)學(xué)科,以更加有效地推動我國干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)的健康發(fā)展。主要參考文獻1Chris Mason,Elisa

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