干细胞随记：从干细胞治疗模式反观干细胞研究

tpwang

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7 R' p# z! G3 U$ L人胚胎干细胞产生至今十年多了，胚胎干刚开始有个别案例正式进入临床试验；治疗性克隆闪了腰；iPS仍然很热但从亚马纳卡到很多大牌，都在说疾病模型或药物筛选是最接近的应用；去年又有了“直接转分化”（Direct conversion），但这是组织细胞特异性的模式，还难以想象作为一个普遍性的机制；间充质干细胞临床应用很多，但现在看来与其说体内作用主要是细胞分化替代治疗，不如说很大程度上是免疫作用和therapeutics作用。而基于干细胞的组织工程体外制造组织与器官，仍然是挺远的事情。总体来讲，无论体内体外途径，自体异体，干细胞临床应用的细胞与组织器官替代治疗并没有突破性进展。其他从干细胞研究中衍生出来的治疗模式，例如“体内再生”（in situ regeneration），本质上也还是基于体内干细胞研究引出的一种应用方式。说没有突破性进展的另一个意思，是说上述这些方法以及一些没有提及的模式，都基本上没有超越“原则证明”或“原型证明”（Proof of principle & proof of concept）的阶段，离开工艺化，产品化，产业化还有很大的距离和障碍需要克服，而且，临床应用的可控性问题（包括细胞命运及其相关的免疫排斥和成瘤性）都没有找到具有普遍意义的解答。
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4 P: k" c' L: A2 s1 N7 [! F表面来看，实用的主要障碍之一是“技术”层面的，比如胚胎干细胞体外分化为目标细胞的效率仍然太低，而iPS本身的重组效率还远远不够，再分化的效率也同样不高。而本质上还是对干细胞本身的科学认识仍然很初级。没有对干细胞内在与外在调控机制的全面透彻了解，想要提高效率，就有点黑箱操作的意思。而干细胞的潜在成瘤性，说得极端一些，真有可能从某种意义上说本来就是兄弟俩。看看近期的一些“新研究”，比如mRNA等，一个有趣的现象是癌症与干细胞领域并行。直接转分化的生物学基础可能是所谓plasticity的存在，也可能是一种类似癌变的人工干预。比如心脏本来很少发生癌症，一个可能的原因是心脏细胞的“更换”（turn over）率很低。而如果人为造成一种更换率增高的模式，是否会引发癌变风险的提高，难说。这也属于广义的对干细胞本身了解不够的问题，因为胚胎干细胞本身是一个人造物还是发育过程的体外对应物，都还不确定。任何“重组”(reprogramming)方式，都存在这个问题。也就是说重组现象的本质是什么，是一个更深层次的干细胞本质问题。
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4 b7 I2 [) H, x: x7 `/ z这当然不是全面否定干细胞及其价值，而不过是想反思各种具体干细胞研究的相对价值，找出思路上的一些东西，更好地理解不断发现的所谓新现象。有时候需要从终极目的来反推，也就是从干细胞终极应用模式的角度，来评价评估各种研究方向，技术和成果。这种评估有多种角度，这里主要是从科学的角度来看。' }7 C. ~0 M4 ?  ]: l2 Q
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说得“技术”一些，我们对干细胞本身的本质与特性认识还很初步。包括干细胞的操作性概念，如分子特征概念、系统性概念（如反馈调控概念，层次hierarchy概念以及相关的Niche概念等），以及干细胞两大特点自我更新与多潜能的分子调控机制网络，以及个体发育过程的“干细胞”分化成熟过程，了解只能说都还很初步，说得严重些连个框架都谈不上。干细胞研究对发育的意义挺大，而对发育的了解反过来对干细胞应用的意义同样很大，比如很多应用模式都是复制、模拟、补充、调控、甚至逆转发育过程。这也是一个从应用来看干细胞研究的角度。而发育生物学本身未解的问题很多，体外无法模拟体内发育过程是一个重大技术障碍。
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  m4 b9 X1 s$ k2 H, ]举最有代表性的干细胞分子水平研究为例，现有的研究手段，如干细胞共性关键基因的fingerprint，transcriptional profiling，singalling transduction pathways，telomere mantainance，epigenetics (chromatin modification，histone acetylation)，RNA的posttranscriptional regulatory作用等，结合干细胞的功能性特征，自我更新，多潜能，clonality等，把这些现有的东西整合起来，构成一个可操作的框架途径与路线图，还需要大量研究和探索。把这个分子水平的图景再放到发育过程，成体干细胞内源性过程，模拟发育过程的干细胞体外工程，进入体内的应用控制的框架下来看，前途远大，远是说还很遥远，大是说图景大的有点超出想象。: K) s' V4 c5 A2 ?

2 C: s  X/ ?, ]  Z$ m2 \+ P当然，理念与现实是一个辩证互动关系。并不是说非要把能想到的问题都搞清楚了，才能开始考虑应用。其实现实往往是反过来的，也就是说应用驱动研究。医学上搞不清机理就应用原本就是普遍规律，建立在医学生物学上的现代医疗才开始想反过来走。干细胞应用也会是如此，可能更是如此。因为应用的前提条件除了一定程度的科学认识之外，还有其他的考虑。胚胎干的分化机理远不清楚的前提下，不妨碍观察到其分化细胞的有效性。iPS的机理连个成型的概念还没有，但也不妨碍大家在用它分化为各种组织细胞，在动物模型中证明其潜在临床价值。各种体内重组方法的机制就更不清楚了。某些direct conversion途径试图以发育或机能细胞特性来选因子，但同样远不清楚观察到的效应的分子机制和体内过程。临床应用的两大要素：安全性与有效性，在实践中一般来说是常常凌驾于透彻的机制认识之上的。而这种“黑箱”尝试，往往为机制机理研究提供了确定无疑的研究思路和线索。
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9 D# M0 n3 @- z8 R6 ]这只是个概括性的说法，具体的操作可能是非常多样的。干细胞研究已经涉及到非常复杂的科学和技术问题，也吸引了广泛的应用者的尝试。可以预见总体的信息量会越来越大，越来越杂。如何能够在这么一个信息高速增长的领域，有效地挖掘不同学科方向的交叉优势，可能不是传统的各方向学者各自做自己的随机review能完成的任务，但行家们自家的高瞻远瞩，旁观纵览，纵横联合，是必须的，而不能只是狭隘地关注自己的一亩三分地。否则，不仅无法达成干细胞的有效研发，也枉对干细胞这么大的“名头”和革命性潜能，这不是题外话。8 _! F# }3 T( M: k

3 _4 k- M4 y5 _  B干细胞作为一个大概念，近年成果不断，甚至有些令人目不暇给的感觉。科学有其自身的发展规律与道路，而应用有其必然的动机与模式。作为操作者，研究人员能做的就是尽量把握各种现象的本质及其联系，保持一个相对清醒的意识，正确评估各种现象的价值与相对意义。一来可以用于指导自己的研究，二来也承担着为干细胞这么个号称前所未有地涉及人类命运与生活各个方面的科学研究对象提供一个“educated guess"的任务。因为，尽管干细胞研究者仍远不清楚到底这是个什么东西有什么用，公众基本上是两眼一摸黑，而且想法会千奇百怪。+ s2 \; e4 N, j  w" y8 _

6 M9 j1 r5 f2 v% _. }换句话说，研究者即使还不能知其所以然，也要尽量知其然。
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3 O; v' m( i2 b. @2 F; v算作一点努力，与大家分享。

临床干细胞

3 X$ Y4 Q  |0 E8 M: [
! {9 _- M. X) S; W1 ?我有个可以让干细胞应用于临床的好idea，可惜现在不能说，呵呵

tpwang

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5 O% ~! h0 K0 }, T% V( O0 k9 e# l# s& i! J: @5 j! `
呵呵，干细胞满有点人们心中magic pill的意思，往往是只有你想不到的，没有别人想不到的。记得看到过“干细胞手术缝线”、“干细胞鼻腔吸入”等创意。
  w2 N$ e$ P- I- n
0 ?1 A' [9 D+ a应该想法搞一个干细胞创意大赛，尤其是邀请潜在消费者参与，估计一定能筛出一些奇异的点子。
7 M; k' k- s0 d6 S6 r) @, U4 a# h( [; ]/ V" n
未来的干细胞生物科技技术模式化以后，受过点相应教育有闲心闲钱的人，可以买来商品化的设备与资源，自己在家里造自己的细胞，也是一种令人憧憬的“未来世界”。
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透明微笑

我觉得还是脚踏实地的好，知其所以然，知其所以不然，认认真真的做事，毕竟人命关天。

tpwang

透明微笑 发表于 2011-1-20 08:40
' q! F' z' t, P% p5 K7 ?+ W我觉得还是脚踏实地的好，知其所以然，知其所以不然，认认真真的做事，毕竟人命关天。

' `2 \( L1 `) j4 R态度上同意。8 _0 H! _' y3 g4 G( t) K

0 w! E& k4 \* _. y! Q  e脚踏实地与先所以然还是后所以然不是相排斥的概念。干细胞科学界极力反对没有任何科学依据的临床使用，以及基于商业利益的使用，因为这是“人命关天”的事情。9 r( q- u) r$ l" f

6 v, U# P8 ^# N4 d2 F0 Y而科学技术界也在尚远不知所有的信息的情况下，有规则地“黑箱”运作。比如，在不知道机制的情况下，先造出了iPS，先把间充质干细胞弄到体内。9 Z& n/ W' m5 ], S# {; @; Q  b$ O# l$ u

: z  @4 l+ C! ~5 Z5 ]: o这是所谓“然与不然”说法的文本框架。$ K! Z# I  z9 A% g1 c

% g& t3 F3 c4 S. Q3 L. R; u说白了，科学需要探索，临床需要“创新”，但要有规则。

临床干细胞

) W! c2 e# C$ y; y" m3 b2 r/ m: n- v/ v5 x
可能这里干过临床的人不多吧，一个药物或治疗方法的开发可不是等到其机制完全清楚明了之后才能应用于临床的，实际上这种情况很少，一般是应用于动物实验和临床实验之后，经过效果评价，则可以临床应用了，因为很多机制与机理不到临床这个阶段而且是大规模应用的话，是很难探明的

tpwang

回复 临床干细胞 的帖子' {# A4 {# Y" _8 u

" C7 n$ j  d, F% u同意。安全性与疗效是金标准。: A/ l* c, j; K: b9 I: M
  K, L1 y- Y6 J
至于搞清楚所有的问题，是远期释放所有潜能的前提条件，是一个与安全有效有度的应用相互作用的过程。其实，从另一个角度来看，只有应用过程完全证实了机理推定，才能最终确定机理的成立。& T  ]5 A" @! N8 a! a
; o* w' i6 {  |- L4 C
不过，这一切都必须严格与不守程序和规则的盲目应用区分开。实践上这很难，这是人们合理地担心的原因。至于完全出于赢利而不顾一切的商业行为，那是另外一个需要法律法规解决的问题。科学界能做的，是提供一个制定法律法规所依据的“科学的”事实基础和操作规程。

sunsong7

2 r! F$ N( e" R, i  T5 z

) h) ~- b% y( D6 e       干细胞与以往任何治疗药物的根本不同点是第一次将完整生命体引入另一个生命体，干细胞工程远比20世纪人类完成的曼哈顿原子能工程、阿婆罗登月工程、人类基因组工程更有体系复杂性、更具危险性和更富挑战性。探索干细胞临床应用等于是开启潘多拉魔盒，虽然不知道是福还是祸，好奇心还是驱使人们充满遐想和期待，也让不负责任的所谓专家找到“患者已经等不及”的借口谋利和欺诈。身为专家学者我们务必要保持冷静清醒的头脑、开放合作的心态、严谨求实科学作风，担负起社会和历史的责任。
2 f& F! m- Y0 w- o$ {    干细胞的“黑箱”过程涉及生命本质问题，决不是几次科学突破能够揭示清楚的。干细胞技术面临细胞诱导和筛选效率、体外过程对细胞的生理干扰、细胞制品的一致性稳定性、体内过程细胞的多靶点归巢、细胞引起不可耐受不良反应的中止，应用细胞后带来远期不良后果和伦理问题等等一些列技术问题，这些决不是一朝一夕努力或靠一两个人的奇思妙想就所有立竿见影效果的。干细胞临床应用是人类有史以来面临的最大的系统工程，需要全球科学家、临床专家、工程师、社会学家密切合作，从各个层面（如：生命发生和演化层面、细胞分子生物学层面、应用技术层面、产业化开发层面、临床前安全性有效性层面、临床研究层面、患者家庭层面、伦理学层面、社会学层面）进行分析和系统评估。
9 r- a5 W4 Z" J9 P  ]# A$ H    我们反对无所作为，更反对急功近利，一定要耐得住寂寞，相信继续努力10到20年干细胞将为人类带来真正的福祉。3 p" F) M2 ]( N3 U1 {0 Y) b

tpwang

sunsong7 发表于 2011-1-20 11:39
! f* G9 T4 b( ?) P3 s9 z干细胞与以往任何治疗药物的根本不同点是第一次将完整生命体引入另一个生命体，干细胞工程远比20世纪 ...

' L7 j0 ^+ v( o6 q: Y6 L同意。“前途远大，远是说还很遥远，大是说图景大的有点超出想象”。# G5 t; ]$ Y3 {( K' T, E2 S
* t( m2 M7 t; |7 _% ~; {' o& J- @* x
十年八年估计也不够，科学家自身的自律也不够，还要勇于承担社会责任，因为科学家的良心和职业道德是社会良心和职业道德的有机部分。科学家自己做好自己的事情是不够的，尤其在干细胞这么个大东西面前。
; T$ T$ S! Q/ t! T( u
1 v. z  x" _, F( {& Y- t* j互联网出现时，不少人从社会与哲学角度探讨其革命性的意义，干细胞引发的前景也需要有人做同样的工作，甚至更难做。因为，生物体是世界上最复杂的现象。: y9 ~9 @8 Z  E
4 L3 \1 o! F1 U# S( z
而这个工作，不能只是停留在概念阶段，需要先把科学自身及其意义理顺，而且要不停地理，因为它在不停地快速发展。/ ~; f7 F$ S7 K0 I% `: c
3 u; l& e  B2 G5 `

tpwang

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3 ?2 D% c# h8 n/ h! ]7 _# R. y# }8 A6 d+ Z- Y
这个讨论涉及到所谓“医疗创新”（medical innovation）问题，引用ISSCR干细胞研究标准建议里的相关内容（其实这从科学的角度是“不得已”的事情，因为这是可能发生的情况，提出一个标准建议，是某种规范这类行为的尝试）。这里的medical innovation与纯商业利益的行为完全不同，也与标准的临床试验模式有些区别。
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& x2 m6 ~* v/ M# D4 h8 G7. Stem Cell-Based Medical Innovation
8 _% ^4 x; P6 r$ C9 P9 oHistorically, many medical innovations have been introduced into clinical practice without a formal clinical trials process. Some innovations have resulted in significant and long-lasting improvements in clinical care, while others have been ineffective or harmful. In contrast to the commercial purveyance of unproven stem cell interventions noted in Section 2, the ISSCR acknowledges that in some very limited cases, clinicians may be justified in attempting medically innovative stem-cell based interventions in a small number of their seriously ill patients.
) G) v$ V$ N! j2 M3 F, b  sIn the case of medical innovations using stem cells and their direct derivatives, unique considerations justify a heightened level of caution. The diseases which potentially could be targeted by stem cell-based interventions are some of the most intractable diseases confronting clinicians – and interest in stem cell research has resulted in the organization of patient communities with high hopes for the prospect of future stem cell treatments. Due to their relative novelty in science, stem cells and their direct derivatives could behave more unpredictably when delivered to patients than either drugs used off-label or modified surgical techniques. Some attempts at medical innovation using stem cells and their direct derivatives may inadvertently violate physicians’ ethical obligation to “do no harm,” by producing more injury than benefit.
1 P7 y' R# k, pInnovative medical care and clinical research aim at different goals. The mere fact that a procedure is medically innovative does not qualify it as clinical research. Clinical research aims to produce generalizable knowledge about new cellular or drug treatments, or new approaches to surgery. Notably, the individual patient’s benefit is not the focus of clinical research, nor is the individual patient’s benefit the primary focus of the human subjects research committees overseeing clinical research. In contrast, medical innovations do not aim to produce generalizable knowledge but are aimed primarily at providing new forms of clinical care that have a reasonable chance of success for individual patients with few or no acceptable medical alternatives. Unlike clinical research, then, the main goal of innovative care is to improve an individual patient’s condition.: E% X; s5 f* v5 ]
Although attempting medically innovative care is not research per se, it should still be subject to scientific and ethical review and proper patient protections. This is especially true for stem cell-based medical innovation.3 R- j& p) a; Q9 b9 p3 z
& M2 p4 I1 U% E$ R# e% o
Given the many uncertainties surrounding the infusion of cells in ectopic locations and the significant challenges to the processing and manufacture of cellular products, only in exceptional circumstances does the ISSCR believe it would be acceptable to attempt medical innovations involving stem cells and their direct derivatives. The ISSCR anticipates that the following recommendation will be applicable primarily for seriously ill patients who lack good medical alternatives.
: b; m# f% a% a) BRecommendation 34: Clinician-scientists may provide unproven stem cell-based interventions to at most a very small number of patients outside the context of a formal clinical trial, provided that:# D% f- o% F" h# b/ k7 z7 S0 j  |
(a) there is a written plan for the procedure that includes:7 y5 ~8 j3 T$ d3 Q$ a" I* `
i. scientific rationale and justification5 ?1 b0 Y3 e. [& J* m/ e
explaining why the procedure has a5 H" z# B* ^& P7 O  J
reasonable chance of success, including+ G1 w5 Z' j" k$ B2 }9 }
any preclinical evidence of proof-of-
; _& K3 V2 D, u3 I& k3 a( x' uprinciple for efficacy and safety;
$ L; z8 o# A4 l" [' K1 m# s6 s5 ~ii. explanation of why the proposed stem) @+ V8 m9 `" i# v* \) X
cell-based intervention should be9 j8 B7 e' A+ P) H5 w
attempted compared to existing
  F# M- \3 C1 I1 Ltreatments;
" i$ r: V' m- r- K" ~7 P) Riii. full characterization of the types of cells being transplanted and their) q/ u2 \7 y6 J- w: w2 e
characteristics as discussed in Section 4, Cell Processing and Manufacture;
3 [$ ^$ K! e: O4 n" Niv. description of how the cells will be
  _( q' }* W$ }  Dadministered, including adjuvant drugs, agents, and surgical procedures; and
5 k* ~1 ~/ F6 `- V4 Y$ L- E  q. Wv. plan for clinical follow-up and data
# ~1 U) \' F8 `0 v9 j+ Wcollection to assess the effectiveness and adverse effects of the cell therapy;
" m" G0 n, J+ J& S5 k  G" W(b) the written plan is approved through a peer review process by appropriate experts who have no vested interest in the proposed procedure;
4 L) \0 R9 i* _& ^5 B& s
8 u3 U- Q3 F" Q: ^(c) the clinical and administrative leadership supports the decision to attempt the medical innovation and the institution is held accountable for the innovative procedure;
3 o# B3 x7 e) G7 @# h0 i, b7 R(d) all personnel have appropriate qualifications and the institution where the procedure will be carried out has appropriate facilities and processes of peer review and clinical quality control monitoring;; z. A0 Y: K' @( Q' b) H# m
(e) voluntary informed consent is provided by patients who appreciate that the intervention is unproven and who demonstrate their understanding of the risks and benefits of the procedure;6 O% Z6 \( v7 x: B0 ~. y0 j5 s
(f) there is an action plan for adverse events that includes timely and adequate medical care and if necessary psychological support services;7 ~4 ?7 R% i' b' e! f4 n
(g) insurance coverage or other appropriate financial or medical resources are available to patients to cover any complications arising from the procedure; and0 Z6 Q- m4 E1 c( c( L
(h) there is a commitment by clinician-scientists to use their experience with individual patients to contribute to generalizable knowledge. This includes:) ]% R' w( G8 ~# }2 I
i. ascertaining outcomes in a systematic
, _& f. p  Q2 L( xand objective manner;
7 }& R* U; p/ \ii. a plan for communicating outcomes,
' ?* H, l; }: P, F" Eincluding negative outcomes and
8 }" V3 A6 y8 ]8 E- sadverse events, to the scientific
( Q9 P$ z, ~* c% [& G+ jcommunity to enable critical review
' L! J+ f3 c7 d2 {(for example, as abstracts to: \3 X, X- {3 K$ U0 U
professional meetings or publications in peer-reviewed journals); and* d  D) N3 \7 e8 _9 C# S- B
iii. moving to a formal clinical trial in a
9 w5 g5 g% Q, j& X( a: f' S1 gtimely manner after experience with at8 ]( {, X1 n# W- m
most a few patients.
( {# e2 V3 K) H7 U$ Z1 X8 dNot following such standards may exploit desperate patients, undermine public trust in stem cell research, and unnecessarily delay better designed clinical trials. Many who provide stem cell-based therapies may claim that they offer innovative medical care not available in
  N# ^1 b! {- }other medical institutions because of the conservative nature of medical care. Strict application of the above criteria to many clinical interventions offered outside of a formal clinical trial will identify significant shortcomings that should call into question the legitimacy of the purported attempts at medical innovation.