生物技术爆发的奇点

来源:张盛华      浏览人数:10008      时间:2018/03/23

2012年的诺贝尔生理学与医学奖被颁发给了英国科学家J. B. Gurdon和日本科学家Shinya Yamanaka,以表彰他们在细胞核重编程中的贡献。

1962年,Gurdon把非洲爪蟾的小肠上皮细胞的细胞核移植到去核的卵细胞里,让卵细胞发育成了成熟的爪蟾,这证明了卵细胞中有某些物质能改变体细胞的分化程序,让它们回到未分化的多能干细胞状态,这项研究得到了无数后来者的跟进。培养出特异性的细胞、组织和器官,以替代、修复身体受损的部分是很多人的梦想,而获得具有分化潜能的干细胞是实现梦想的第一步。具有分化成多种组织和器官的潜能的胚胎干细胞是干细胞“王冠上的明珠”,得到跟特定个体基因型一致的胚胎干细胞或类似于胚胎干细胞的“多能干细胞”是很多科学家的梦想。在Gurdon之后的几十年里,这种多能干细胞都只能通过细胞核核移植(将细胞核移植到去核的卵细胞里面)来获得,而更简单容易的方法,直到2006年,才由Yamanaka实现了突破。

在Yamanaka实验室2006年发表的一篇文章中,他们向小鼠的体细胞里面转入了四个基因,让一部分细胞出现了类似多能干细胞的特征,他们把这些细胞挑出来继续培养,其中一部分细胞就成为了多能干细胞,他们把这种多能干细胞叫做诱导多能干细胞(iPSC)。2007年,他们发表了第二篇成果,用人的体细胞重复了上述实验。Yamanaka的研究打开了一扇门,在这之后,无数的研究结果喷涌而出,占据了《细胞》、《自然》、《科学》三大期刊的大部分版面,对iPSC的机制、应用以及条件的优化进行了大量探讨。

转入几个关键基因,这样的想法简单明了,一旦它被成功实践,就带来了一个领域研究突破的爆发。类似的突破,就像自然科学中的临界点,代表着之前的研究积累从量变到了质变。在生物科学和技术的研究中,经常会出现有这样的临界点。这是因为生物学的研究竞争异常激烈,无数研究者都在解决类似的课题,技术的障碍就像一面墙堵在科学家面前,一旦墙上出现一点点裂缝,科学家们就会集众人之力把它撞出一个洞,光束就会从洞中喷涌出来。

据Yamanaka回顾,他很早就有了iPSC的想法,当时他精心准备了二十几个备选基因,但直到很多年后该想法才得以实现。突破的关键,在于找到一种指示多能干细胞的方法。他们把绿色荧光蛋白的基因连接到一个多能干细胞关键基因的启动子后面,然后再导入到细胞系里,这样,如果细胞变成了多能干细胞,绿色荧光蛋白基因就会表达,在荧光显微镜下就能看到绿色的荧光。有了这个工具之后,他们开始用它进行基因组合的筛选。有一天,他的学生Takahashi女士发现其中一个组合的细胞出现了一些发绿色荧光的小群落,他们没有告诉实验室的其他人,连夜做实验,终于成功培育出了类似胚胎干细胞的细胞系,他们对这些细胞进行检验,发现具有多能干细胞的特征。可以说,这个可以标记多能干细胞特征的细胞系工具的出现,正是诱导多能干细胞技术爆发的奇点。

类似的导致生物科技中某个领域研究成果爆发涌现的技术和发现还有很多。例如,基因治疗,这个提出了50多年,从1970年就开始实践的想法,直到最近几年,才因为一种腺病毒载体的出现而得以成功实现。肿瘤的免疫细胞治疗,也是经过了许多年的研究,在CAR-T的构想被提出,才体现出好的效果。

当前的CAR-T细胞免疫疗法,对于淋巴瘤和多发性骨髓瘤效果非常显著,但对于实体瘤却难言理想。CAR-T在实体瘤领域最大的挑战在于肿瘤微环境问题,肿瘤组织有着复杂的微环境,CAR-T细胞往往难以进入,或者进入后难以存活、难以发挥作用。目前大多数解决肿瘤微环境问题的方法是与免疫检验点药物如PD1单抗联用。3月6日,在《自然.生物技术》上发表了一篇日本科学家Tamada教授团队的研究成果,他们没有采用传统的与PD1单抗联用的方法,而是采取了另一种思路——模仿淋巴组织的微环境。之前有研究发现,淋巴组织中的网状成纤维细胞可以分泌趋化因子IL7以及CCL19,其中CCL19可以募集外周T细胞及树突状细胞进入淋巴组织,而IL7在促进T细胞增殖同时可以维持T细胞稳定。于是他们在传统的CAR-T细胞中转入了IL7和CCL19这两个基因,以增强CAR-T细胞的生命活力和定居能力,结果发现,这样改造的CAR-T抗癌效果大大增强,并在小鼠模型中实现了对实体瘤的彻底消除。

Tamada教授的这项研究会成为CAR-T技术在实体瘤领域爆发的奇点吗?有这个可能!

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