細胞釋出外泌體 |圖像來源／iStock.com/Meletios Verras
隨著人類生育率下降、平均壽命增加，社會人口年齡結構愈來愈老化，台灣也將成為「超高齡社會」。老化疾病也將可能成為社會福利照護的一個沉重負擔，更是家屬或照護人員長年的精神壓力與負擔。例如，腦組織或器官損傷、神經退化性疾病、腦與脊髓創傷、中風、學習障礙、巴金森氏症等，這將是老年人重要常見疾病，治療或修復藥物的研發便有著迫切需求！這時幹細胞治療與「再生醫療」便能扮演一個關鍵角色！
幹細胞是具胚胎時期特性，具有自我更新和分化潛能的細胞，是人體內可以轉化為各種器官和組織的細胞。幹細胞的研究進一步揭示了單一細胞如何發展成為器官，以及健康的細胞如何取代更換受傷或病變而壞死的組織細胞，在發育和組織修復上具有極大重要性。三十多年前，科學家發現自小鼠胚胎獲取幹細胞的方法，並於1998年科學家成功地分離出人類胚胎幹細胞，並在體外培養與繁殖。隨之而起，幹細胞成為一個新興醫學研究領域，科學家相繼投入心力，探究幹細胞在細胞療法、組織工程與再生醫學的應用價值；而於2018 年 9月，我國正式開放「細胞治療」，除使幹細胞治療嘉惠患者之外，也推動了幹細胞相關醫療生技的發展。
「再生醫療」是使用醫療方式刺激病人體內組織進行再生或是利用幹細胞培製器官組織，以修復或取代體內因老化、生病和受損的器官或組織，並應用於各類疾病，包括腦神經系統、心血管系統、消化系統、呼吸系統，甚至代謝性疾病、免疫性疾病等。然而，時至今日的幹細胞治療仍存在著一些現實挑戰和風險如在製程品管方面，過程非常繁複，幹細胞不易培養及穩定保存，且所費不貲；在臨床施行方面，利用手術於體內植入幹細胞的風險極高，以及術後風險方面，除了手術引發的併發症可能性外，細胞療法在細胞進入人體後有無法控制的細胞生長的風險等，為幹細胞治療的一大隱憂。
為使幹細胞治療及其可能的應用更加普及，並同時解決併發的負面反應，國衛院細研所李華容博士研究團隊致力於探究幹細胞修復能力的關鍵，以及如何克服上述幹細胞治療所面臨的挑戰，並希望治療方式可以更安全。研究團隊在培養幹細胞的過程中發現，幹細胞每天都會吐出由細胞膜包覆的物質至細胞外，很像日常生活的丟垃圾；若利用不同的環境培養幹細胞，在某些特定的環境下還會促使細胞加速「丟垃圾」。持續觀察後發現，幹細胞並非「丟垃圾」，而是排出一種可以將周遭非幹細胞的細胞轉變為幹細胞的外泌體。
這使人聯想到《泡泡龍》遊戲，泡泡龍吐出泡泡來包住敵人，並打倒敵人。雖然幹細胞丟出去的外泌體不會包住周遭的細胞，但卻像施予魔法一樣會使周遭非幹細胞的細胞變成幹細胞，具有「修復」能力！
研究團隊發現：
- 細胞外泌體是細胞用來和外界溝通的一種工具，在不同環境下所裝載的訊息也不同。研究團隊以特殊技術刺激廣泛存在於骨髓、脂肪裡的間質幹細胞，可分離出具有修復不正常細胞缺失功能的「幹細胞外泌體」。
- 進一步分析所開發的誘導型間質幹細胞外泌體的組成分，鑑定出內含數種促使腦神經再生與腦部功能恢復的活性物質。
- 若對大腦受損的小鼠注射有「修復」能力的幹細胞外泌體，1週後觀察到受損的神經細胞可以長出突觸，更在1個月後發現受損區域神經細胞的數量可恢復至原本的六成，且動物的認知、學習與記憶功能皆獲得改善。
綜合以上研究結果顯示，此種幹細胞外泌體具有促進組織再生的能力，無需手術植入幹細胞且完全不含活體細胞，可避免幹細胞治療原有的風險和副作用，而且還可進行自動化製劑，有潛力成為再生醫療的新方向。
總結，外泌體不是活細胞，是一種細胞釋放出的囊泡，外泌體內主要包含RNA、蛋白質、脂質、microRNA、DNA片段等多種物質。近來，已有多項研究證明外泌體在腫瘤、免疫、幹細胞、心血管、神經細胞信號傳導、老化等多個領域過程中都發揮著重要作用。更重要的是，外泌體內帶有分泌細胞的多種蛋白、脂質、DNA等信息，能作為多種疾病的診斷標記，所以一直也是疾病診斷領域的研究熱點之一。目前，研究團隊的幹細胞外泌體的研究範圍雖然僅限於治療神經相關疾病，但這是現行神經再生治療上的一大突破！此項研發不論在製備、施行、預期風險、生物安全性各方面，都具有較高的優勢。未來更可望應用於治療退化性疾病、組織或器官損傷、細胞缺陷、神經退化性疾病、腦與脊髓創傷、中風、學習障礙、巴金森氏症、心肌梗塞、肌肉萎縮症等疾病。
參考資料：
- 《國衛院電子報》第849期 研究發展
- 《國衛院電子報》第849期 影音節目
- 《李岳倫癌症科學研究室- AYL’s view on Cancer/Scientific Research@Dr.alanylee》〈「垃圾」變「黃金」！？—細胞藉由外泌體排除有害物質來維持細胞內的恆定〉
撰文者／劉盈秀、李岳倫
資料及圖片來源／李華容 |圖片後製／劉盈秀