众所周知，维持人体正常生命运行的依靠的是一个个忙碌与各种专业化工作的成熟细胞。这些细胞呢难免会有衰老损伤，为了保证机体时刻有年轻的成熟细胞可以代替“老员工”工作，我们体内专门有一种细胞类型应对这种情况我们称之为干细胞（stem cell）
干细胞并不从事成熟细胞的具体事务性工作，要做的工作就是以一定的周期或者响应损伤而进行细胞分裂。新生成的一部分子代细胞经历细胞分化成为既有特殊功能的成熟细胞，下放到工作岗位以弥补“老员工”离开的“人手缺口”；另一部分子代细胞还是继续保持干细胞的“领导层”身份以应对下一轮的“人手不足”。
按照机体发育的时期，干细胞可以分为两大类型：胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞有无限的分化潜能，可以形成所有类型的细胞，在胚胎时期就能分化并建立几乎所有器官的雏形；同样当生物体长大，细胞数量多了以后，“全知全能“的胚胎干细胞也需要分化成成体干细胞，这些成体干细胞具有有限的分化潜能，在各自的组织器官里各管一摊儿。
那么干细胞可以用来做什么呢？再生医学。不同于我们在老旧的器官上开刀喂药、修修补补的传统医疗方式，再生医学致力于创造丢失或工农损害的组织和器官，使其具备正常组织和器官的机构和功能，这项被寄予了极大厚望的方法分为三步：
1、提取全能/多能的干细胞
2、给些好的细胞培养和分化条件；
3、然后把扩充的干细胞给病人移植用，等着疾病痊愈
干细胞维持组织更新和器官功能的正常行使
那么，干细胞研究到底进展到了什么程度？
哈佛大学的著名干细胞生物学家 Douglas Melton 教授曾经说过这样一句话：干细胞可能是承诺得最多，兑现得最少的研究领域了。
之所以 Melton 教授这么说，是因为干细胞在数十年基础研究阶段就经历过大起大落，被各种造假丑闻缠身，而使用人类胚胎干细胞带来的伦理争论甚至曾经一度让美国政府停止相关研究的资助。而干细胞技术的临床使用还面临着潜在的安全隐患。
在自然条件下，干细胞在人体内正确的时间地点会收到正确的信号，告诉它们应该分化还是静止，应该以多快的速度形成什么样的新细胞类型，而临床上直接注射的外源干细胞并不能保证它们在身体里会去该去的地方，而干细胞一旦行为失控、胡乱生长分化，会酿成灾难性的后果。
比如，人们曾经尝试向老鼠体内直接注射胚胎干细胞，然后发现注射的胚胎干细胞会形成畸胎瘤（一种类似畸形胚胎的肿瘤，剖开肿瘤会发现类似发育不完全的毛发牙齿等各种结构）。
看来简单粗暴的“三步走”是不太容易实现了，但在业界内，通过多年努力所研究出的曲线救国的办法，依旧可以让我们进一步靠近再生医学的梦想。
相关的小型创业公司
下面就给大家介绍一些成功上市的产品或还在临床测试但极有潜力的干细胞技术以及拥有它们的小型创业公司们。
胚胎干细胞技术
人工胰岛：
前不久在前哨中报道了由美敦力开发的人造胰腺，能大幅提高 I 型糖尿病患者的生活质量。但是没有任何仪器可以像自身细胞一样方便精准地调控血糖，所以解决 I 型糖尿病的根本之道，还是需要可以自动感应血糖波动并自动把缺失的胰岛细胞补回去的技术。
其中最成功的明星公司当属哈佛大学干细胞研究所的掌门人 Douglas Melton 教授于 2014 年在剑桥市建立的干细胞公司—— Semma Therapeutics 。
Douglas Melton 教授
Melton 教授原本是在哈佛研究蛙卵和胚胎干细胞的生物学家，而当他得知自己的一对儿女患有 I 型糖尿病后，便决定调整自己的研究方向，研究如何利用干细胞制备可以生产胰岛素的胰岛β 细胞。Semma Therapeutics 这个公司名字就是他两个孩子“ Sam ”和“ Emma ”名字的缩写。
胰岛 β 细胞由胰腺前体细胞发育而来，而胰腺的前体细胞要由更上层的内胚层细胞分化而来，内胚层细胞又由更为上层的胚胎干细胞分化而来。
Melton 想到，如果一路追溯胰岛 β 细胞的源头是胚胎干细胞的话，那么以胚胎干细胞为起点，摸索每一步干细胞到分化的子代细胞所需要的信号通路和培养条件，不就可以一步步地从胚胎干细胞制作出胰岛 β 细胞了吗？
这条技术路线的实现一干就是十几年，Melton 的研究小组终于理解了从胚胎干细胞逐步分化成有功能的胰岛 β 细胞所需要的每一步转变以及实现这些转变所必需的信号分子。
基于这些科学发现， Melton 教授实验室的独家配方包含 11 个生长因子，需要用时 35 天从人胚胎干细胞生产功能正常的胰岛 β 细胞。这些细胞完全媲美正常人体内的胰岛 β 细胞。
Semma Therapeutics 公司目前已经得到诺华、美敦力等公司的 5000 万美元的风险投资，现在正致力于解决如何把移植的胰岛细胞与病人的免疫系统隔绝开来不受攻击。
人胚胎干细胞到胰岛细胞的诱导培养过程
目前比较有效的方式是用海藻的提取物把细胞包裹起来制备成胶囊，这样包裹着的胰岛细胞就有天然的物理隔绝，不会被病人的免疫细胞杀死。
Semma Therapeutics 与同在波士顿的组织工程学权威人士 Robert Langer 教授合作，后者试验了 800 种不同结构的海藻盐衍生物，直到发现其中一个亚型可以完全被机体的免疫系统忽略并能存在体内半年以上。
基于多个学科间的合作，Melton 用干细胞制备的胰岛细胞现在看来可以安全有效并长期地在体内工作，成为 I 型糖尿病非常有前途的治疗方案。
成体干细胞技术
造血干细胞：
2016 年，德国柏林有一个同时患有艾滋病和白血病的病人（成为“柏林病人”）找到了他的肿瘤医生Gero Hütter ，寻求白血病的治疗方法。该病人有 11 年艾滋病病史，并通过每天服用抗逆转录病毒药抑制体内 HIV 病毒的复制来延续生命。在接连的化疗失败后，他的肿瘤医生采取造血干细胞移植的策略治疗白血病。惊人的是，该病人除了白血病外，艾滋病也得以同时被治愈，成为历史上唯一一个艾滋病被治愈的病例而名动天下。
在科学家回溯追寻艾滋病治愈原因时找到了线索。艾滋病是由艾滋病病毒（HIV）通过一种名叫 CCR5 的细胞表面蛋白侵入并摧毁免疫细胞（CD4+ T），从而让病人免疫系统崩溃，引起的免疫缺陷综合症。
巧合的是“柏林病人”的骨髓捐赠者拥有人群中非常稀有的 CCR5 基因突变，这使得 HIV 无法再通过基因突变后的 CCR5 进入免疫细胞，从而使免疫细胞具有了对 HIV 的抗性。因此在移植 CCR5 基因突变的造血干细胞以后，“柏林病人” 获得了可以抵抗 HIV 侵染的免疫系统，从而治愈了艾滋病 。
这项医学上的巧合提示了人们治愈艾滋病的全新思路——制作 CCR5 缺陷的造血干细胞并移植回 HIV 病毒携带者身上。
在这方面步伐迅速的是位于美国的生物技术公司 Calimmune 。该公司与加州理工大学的诺贝尔奖得主 DavidBaltimore 教授合作，开发出一个制备 CCR5 缺陷的造血干细胞的技术。
该公司首先从 HIV 病毒携带者体内分离出造血干细胞进行体外培养，然后在造血干细胞中通过基因工程转入一个名为 Cal-1 的基因，该基因的表达会阻断 CCR5 蛋白质的生产，从而致使造血干细胞的表面缺乏 CCR5 蛋白。
随后再把这些 CCR5 缺陷的造血干细胞回输到 HIV 病毒携带者体内，由于其缺少 CCR5 ，造血干细胞分化生产的免疫细胞再也无法被 HIV 侵染，重建健康的免疫系统进而治愈艾滋病。该公司目前已启动了临床 I/II 期实验，让我们拭目以待。
Calimmune 公司的造血干细胞改造流程
人工角膜：
在干细胞领域已有获批上市用于再生医学的产品。世界上第一个被认证的基于干细胞的医疗产品—— Holoclar ，基于一项角膜缘干细胞（ limbal stem cell ）修复受损角膜，恢复视力，这项技术由意大利科学家 Michele De Luca 教授和 Graziella Pellegrini 教授开发，于 2015 年通过欧盟药品委员会审批 。
眼结构与角膜缘位置
由于角膜在眼外层较易受损，需要由位于角膜缘（眼白与角膜之间）的干细胞分化形成的上皮细胞从角膜边缘向内侧逐步替代衰老受损的角膜组织。平均一周时间，整个角膜就可以被角膜缘干细胞分化的新鲜细胞完全更替一遍。但是角膜缘干细胞如果受到损伤就无法更新角膜，从而导致眼睛疼痛、角膜炎，甚至失明。
传统的治疗手段大多是角膜移植。而 Luca 和 Pellegrini 开发的干细胞技术只需提取病人角膜缘处少量残余的正常角膜缘干细胞，就能在体外培养出一整张健康角膜，再移植回病人，替换掉病变的角膜进行治疗，大大缩短患者等待角膜捐献的时间。
这款人造角膜的边缘不仅含有正常的角膜缘干细胞，可以持续更新病人的角膜，并且不会受到免疫系统的排斥，而且可以长久生长在病人的眼睛上。
类似隐形眼镜的人工角膜：Holoclar
Holoclar 这项产品诞生于两位意大利科学家在任职的大学创办的创业公司 Holostem Terapie Avanzate 中。经过 20 年左右的基础研究和严密的临床测试，以及大量风险资本的支持，终于造就了首个可以造福病人的干细胞产品。
Graziella Pellegrini （左） Michele De Luca（右）
结语：
总的来说，干细胞领域是当代生物医学最活跃的领域之一。其在治疗癌症，艾滋病，糖尿病，器官损伤等传统医学十分棘手的病症上已显示出惊人的潜力。但是由于巨大的利益诱惑，打着高科技旗号浑水摸鱼的投机分子大量涌入，让这个本来很有前景的投资领域变得声名狼藉。
早在 2003 年，在中国就兴起一大片美容院，提供各种价格不菲但几乎毫无用处的“干细胞美容”，不规范的干细胞临床试验也在美国遍地开花。
2016 年，干细胞领域的顶尖学术杂志 Cell Stem Cell 披露了在美国至少有 351 家商业机构提供没有足够临床证据的违规干细胞治疗，其中有一半的治疗业务集中在“干细胞美容”。
所以对干细胞技术有兴趣的同仁需要牢记一点，先进的科技从来不会凭空冒出来，它一定诞生于行业内优秀学者或机构之手，经过严格的测试，同行的认可和多年的产业孵化才有机会成长为颠覆行业的明星产品。
原文作者：裴唯珂 ，德国癌症研究中心/海德堡大学博士。
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