超多能分化性（Pluripotency）－來源與應用 -中

超多能分化性（Pluripotency）－來源與應用 -中
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

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• 幹細胞是什麼？

幹細胞（stem cell，SC）是從孕育數天的胚胎中提取出的原始、未分化的細胞，具有增殖（proliferate）與分化（differentiation）兩大能力。

幹細胞具有兩大特徵，一為自我更新（self-renew），透過有絲分裂可分裂出更多幹細胞，以保持其分化潛能（differentiation potency）；另一為分化功能，由未分化狀態（undifferentiated state）的細胞，分裂和分化成生物體內不同功能與形態的特化細胞（specialized cell）。

當幹細胞開始進行分化以後，就失去原來具有的自我更新產生幹細胞與分化成其他不同細胞的能力。1998年美國湯姆森（J. A. Thomoson）團隊最早成功建立人類胚胎幹細胞系（human embryonic stem cell lines，hESCs），該成就被評選為「1999年世界十大科技發展之首」，但是人類幹細胞的研究必須取自人類的胚胎（圖二），因此引發了很大的倫理和法律的爭議。

圖二 人類胚胎幹細胞的來源 (圖片來源：何弘能（2012）幹細胞的未來。科學發展，472：72-75。)

• 最初的幹細胞研究

幹細胞研究始於 1960 年代加拿大多倫多大學麥卡洛克（Ernest A. McCulloch）與提爾（James E. Till）的發現。1998年於美國分別有湯姆森在威斯康辛大學（University of Wisconsin–Madison）和吉爾哈特（John D. Gearhart）在約翰霍普金斯大學（Johns Hopkins University）兩個團隊培育出人類的超多能性幹細胞（pluripotent stem cell，PSC）。超多能幹細胞具有超多能分化性（pluripotency），是由囊胚期胚胎的內細胞團（inner cell mass，ICM）細胞取得（如圖三），這些幹細胞可發育為體內的任何組織，但不包括胎盤。

1998 年湯姆森利用人卵進行體外受精後，將胚胎培育到約第5~6天，70~100個細胞的囊胚（blastocyst）階段，抽取內細胞團細胞，建立細胞株（cell strain）。經測試這些細胞株的細胞表面的標記和酵素的活性，證實為超多能性幹細胞。細胞株是從原代培養物或細胞系（cell line）中篩選出具有特殊性質或標誌物的細胞。細胞系是直接從生物體取出的細胞、組織或器官立即進行培養所取得的細胞，也就是原代培養（primary culture）物首次傳代成功所獲得的細胞。

同年，吉爾哈特則是從受精後5~9週人工流產的原腸胚胎期中抽取出原始生殖細胞（primordial germ cell，PGC），PGC將來可分化為生殖幹細胞（germ stem cell）如精原細胞（spermatogonia）或卵原細胞（oogonia），由此法培養出的細胞株，經證實是具有超多能幹細胞的特徵。

• 幹細胞於再生醫學的應用與限制

第四次工業革命－奈米科技引發二十一世紀的醫療革命，除了基因治療（genetic medicine）外，就屬再生醫學（regenerative medicine）最受矚目。再生醫學應用胚胎幹細胞（embryonic stem cell，EC）和胚胎生殖幹細胞（embryonic germ cell，EG），並整合基因重組、複製（cloning）和生物奈米醫學科技，開啟人類醫療另一個新興而廣大的領域。

但是即使獲得 2012 年諾貝爾生理醫學獎的誘導式超多能幹細胞（iPS）有許多研究上的重大突破，因為發現 iPSCs 具有潛在的致瘤性（tumorigenic）以及低複製率和早期衰老等現象，目前仍尚未被批准用於美國的臨床治療研究。

圖三 超多能幹細胞是由囊胚期胚胎幹細胞的的內細胞團細胞發育而成。 (圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/File:Stem_cells_diagram.png)

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