幹細胞技術,又稱為再生醫療技術,是指通過對幹細胞進行分離、體外培養、定向誘導等過程,在體外培育出全新的、正常的甚至更年輕的細胞、組織或器官,並最終通過細胞、組織或器官的移植實現對臨床疾病的治療。幹細胞通常分為三類,即全能幹細胞、多能幹細胞和專能幹細胞。其中,全能幹細胞主要是指胚胎幹細胞。如果與克隆技術相結合,胚胎幹細胞便可分化成為遺傳特徵與病人完全吻合的細胞、組織或器官,使以往器官移植中經常遇到的排異反應問題得到了徹底解決。採用上述技術還可以將血細胞、腦細胞、骨骼和內臟進行移植更換,使白血病、帕金森氏症、心臟病等頑疾也有望得到有效治療甚至治癒。然而一直以來,要想獲得人類胚胎幹細胞,就必須破壞人類胚胎,這一點頗受非議。科學界一直希望找到一種方法,以期能夠在不破壞胚胎的前提下提取幹細胞或者找到胚胎幹細胞的替代品。iPS 技術的突破,為找尋胚胎幹細胞的替代品指明了方向,並使其逐漸成為幹細胞技術的研究熱點。iPS 細胞 (induced pluripotent stem cells),被稱為誘導多能性幹細胞,是通過往體細胞中轉入若干基因,使體細胞逆向回到胚胎幹細胞樣狀態。iPS 細胞除了來源外,其他特徵和胚胎幹細胞完全一致,具有多向分化潛能,理論上可以分化成成體生物的所有細胞類型。
2005年初,北科生物 ( http://www.stemcells.com.cn/ ) 胡繼繁博士領導的研究團隊成功地掌握了細胞體外再編程技術,並率先發明了通過使用胚胎幹細胞因子 Oct4、Sox2 和 Nanog 來將正常的人體細胞轉化為多能幹細胞的方法。該方法證實了以皮膚成纖維細胞為來源的誘導多能性幹細胞與胚胎幹細胞具有相同的分化多能性,可分化成多種類型的細胞,如神經前體細胞、神經元、心肌細胞、骨骼肌細胞,脂肪細胞和胰島素分泌型胰島細胞。2005年10月14日,胡繼繁博士以上述技術為基礎在美國申請了名為 「Methods for rejuvenating cells in vitro and in vivo」 (#60/726,915) 的專利。
2007年11月20日,《細胞》和《科學》雜誌分別發表了日本和美國研究人員各自獨立完成的兩項研究專著。實驗中,研究人員利用人體皮膚細胞誘導分化出胚胎幹細胞樣細胞。誘導多能性幹細胞 (iPS) 這一概念也首次在公眾面前亮相併得到學術界的公認,它不僅被國際生命科學界譽為具有裡程碑意義的創新之舉,而且多數人認為這一發現極有可能在若干年後問鼎諾貝爾獎。美國加州奧克蘭市遺傳學與社會學中心的政策分析家 Jesse Reynolds 說:「這一重大突破將在幹細胞研究的技術及政策領域引發一場大地震。」
iPS 技術的突破在理論上首次證實了已分化成熟的人體細胞同樣可以通過再編程而轉化為胚胎幹細胞樣細胞;同時在應用上成功地避開了長期以來爭論不休的倫理問題,突破了核移植技術缺乏卵母細胞的窘境,並為獲得具備患者自身遺傳背景的胚胎幹細胞增加了一個新途徑。iPS 技術所提供的新思路、新技術和新方法具有重大理論意義和實用價值,並將成為今後獲得具備患者自身遺傳信息的胚胎幹細胞的重要途徑之一。它將為幹細胞和再生醫學的應用提供治療用的種子細胞;同時,也是研究發育生物學、疾病發生發展機制、分析基因與蛋白質功能等十分重要的實用模型。利用 iPS,使得不用胚胎或卵母細胞就可製備用於疾病研究或治療的胚胎幹細胞成為可能,從而為幹細胞和再生醫學的研究與應用開闢了一個全新的領域,並將極大地推動該領域和相關科學領域的發展。
自從《細胞》和《科學》雜誌分別發表了日本和美國研究人員的研究成果以來,關於 iPS 細胞的研究進展不斷:美國懷特黑德生物醫學研究所的科學家在2007年12月7日出版的美國《科學》雜誌上報告說,他們利用由皮膚細胞改造而來的幹細胞治療老鼠鐮刀狀細胞貧血症獲得進展。這是科學界利用 iPS 細胞進行醫療研究的首次嘗試。2007年12月23日,美國哈佛大學研究小組在英國《自然》雜誌上報告說,他們直接從志願者身上提取皮膚細胞,並成功將其改造成了 iPS 細胞。而此前美日兩個研究小組都是利用經實驗室培養的專用人體皮膚細胞來進行研究的。2007年12月26日,日本慶應大學和京都大學的科研人員合作進行了利用由 iPS 細胞分化而來的神經前體細胞治療脊髓損傷的研究。實驗鼠由於脊髓損傷,後腿麻痺。在損傷發生後的第9天,研究人員給實驗鼠移植了由 iPS 細胞分化而來的神經前體細胞。實驗結果為小鼠後腿功能得到恢復,可以支撐身體重量。研究顯示,植入實驗鼠體內的神經前體細胞不僅進一步分化成神經細胞,還促進了移植部位的神經再生。科學家們還計劃從2008年起對猴子進行實驗,其最終目標是將類似療法用於人類。
iPS 技術無疑被確認為再生醫學領域的主要方向,同時美國、日本已明確將這一方向列為國家重點發展項目。日本宣稱,「將在今後5年建立200個 iPS 細胞系,其中50個精選的細胞系可以覆蓋90%日本人的配型」。美國已在討論建立 iPS 幹細胞庫,並針對「神經退行性疾病、代謝類疾病、心臟病、糖尿病」。目前,日本在 iPS 研究方面走在世界前列。為了加速相關研究,儘早實現臨床應用,使日本在此項研究上保持領先地位,日本政府確立了相關方針政策。2007年文部科學省用於 iPS 研究的資金投入僅為2.7億日元。而2008年,該項投入大幅增加到了22億日元,文部科學省還承諾在今後的5年將繼續再投入100億日元。制訂利用 iPS 細胞來實現再生醫學的基本安全準則,支持經濟產業省的針對相關製藥技術和 iPS 細胞製作技術的研究。在各項政策和資金的保障下,日本的 iPS 細胞研究已經初具規模。
中國連續多年將幹細胞研究列入「863」、「973」、國家自然基金重點項目,並投入大量資金資助。國務院2006年發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中,幹細胞作為五項生物技術之一成為未來15年我國前沿技術的重點研究領域,與此同時,各地方政府也將幹細胞研究作為科技發展重點,積極支持,幹細胞項目已經被列入深圳市科學技術發展「十一五」規劃。越來越多的專家建議儘快啟動 iPS 項目,並在項目實施過程中注意加強基礎研究與臨床應用的結合。
由於北科生物 ( http://www.stemcells.com.cn/ ) 團隊搶在日本研究小組之前在全球率先掌握 iPS 核心技術並及時申請了國際專利,北科生物的幹細胞研究和應用項目受到了中國國內政府部門的強烈關注和大力支持。江蘇省政府和深圳市政府對北科生物建立以 iPS 技術為支撐的、有相關科研院所、醫療機構為支持的研發平臺的建設給予了高度的重視,將大力支持北科生物3年時間內在中國主導開發 iPS 技術,成為國家級的幹細胞研究與應用中心。