幹細胞(上圖培養皿裏正在生長的細胞)能夠分化為人體內任何類型的細胞，包括那些能生成和修複因疾病受損組織的細胞。｜國家地理圖片集
1986年電影《星際迷航4：搶救未來》(Star Trek IV: The Voyage Home)中，麥考伊醫生(Dr. McCoy)遞給一位透析患者一顆藥丸，她隨即長出了新的腎髒。這正是再生醫學的終極目標，但它始終難以實現。
當疾病損害心髒或肺等關鍵器官時，醫生通常能做的最好的事不過是阻止病情惡化。如今，經過三十年的反複試驗，激活人體自身幹細胞、使其成為高級器官修複工廠的前景已觸手可及。
幹細胞是製造負責組織生長和修複細胞的關鍵生物工廠。加州拉霍亞(La Jolla, California)的非營利研究機構斯克裏普斯研究所(Scripps Research)采用了一種新方法，利用藥物擴增這些細胞。該技術已在實驗室細胞、小鼠、豬和少數人類身上使死亡組織複活。與此同時，其他科學家終於通過較傳統的技術取得了一些成功：在實驗室對幹細胞進行重新編程，然後將其植入體內以生長新組織。
如果進展如預期，這些方法有朝一日可能顯著提高嚴重疾病患者的存活率和生活質量，其中許多疾病(如骨關節炎)與衰老有關。
大多數藥物通過減緩疾病進展發揮作用，但這些新候選藥物旨在修複損傷。“我們有可能在未來兩到三年內證明，我們可以逆轉肺損傷和心髒損傷，” 斯克裏普斯研究所首席執行官兼總裁皮特.舒爾茨(Pete Schultz)說，“如果我們做到了，這將從根本上改變人們對逆轉疾病的看法。”
所有相關科學家都強調，仍需在人體中進行測試以確認治療的安全性和有效性，而且任何治療可能需要十年時間才能獲得醫療批準。但在再生醫學經曆了許多次失敗的開端後，他們樂觀地認為終於迎來了轉折點。
富血小板血漿注射是目前骨關節炎的治療選擇之一。盡管這些注射可以刺激愈合，但效果因人而異。｜國家地理圖片集
再生醫學的主要研究方向一直是從患者體內提取幹細胞，對其進行處理後再重新植入患者體內。｜國家地理圖片集
促使天然幹細胞發揮作用
在斯克裏普斯研究所，這一過程始於篩選數百萬潛在藥物分子，以確定哪些分子能刺激器官的天然(或內源性)幹細胞。研究人員發現了可增加肺、心髒、關節和眼睛中健康幹細胞數量的化合物。
“這種方法既有趣又有效，” 加州大學凱克醫學院(University of California’s Keck School of Medicine)伊萊和埃德yth.布羅德再生醫學與幹細胞研究中心(Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research)主任查克.默裏(Chuck Murry)說，他並未參與斯克裏普斯的項目。默裏說，斯克裏普斯的技術向《星際迷航》中的著名場景邁出了一大步。
斯克裏普斯的肺部藥物可激活下呼吸道的幹細胞，即II型肺泡細胞(type 2 alveolar epithelial, AEC2 cells)，這些細胞負責製造將陳舊氧氣交換為新鮮氧氣的關鍵細胞。在健康人中，新的氣體交換細胞會不斷替換受損細胞，但在慢性阻塞性肺疾病、特發性肺纖維化等疾病中，或當肺部被野火煙霧或新冠病毒(COVID-19)等病毒感染損害時，這一過程會受阻。
小鼠研究表明，這種每周一次的吸入藥物可刺激足夠的AEC2幹細胞，修複因肺纖維化(一種嚴重且通常致命的疾病)受損的肺部。目前，約70名健康人的安全性測試正在進行中，計劃隨後納入一些肺纖維化患者。
耶魯大學醫學院(Yale School of Medicine)比較醫學和遺傳學助理教授毛裏齊奧.喬喬利(Maurizio Chioccioli)說，使用藥物刺激肺部幹細胞可能會改變遊戲規則，因為它可以廣泛應用。“你可以想象它很容易被使用，因為人們可以吸入直接針對細胞的藥物，” 喬喬利說。他自己通過對肺幹細胞的實時成像研究發現，它們在修複過程中會出人意料地移動和改變形狀，設計治療方案時必須考慮這些過程。
這個實驗室培育的心髒由多能幹細胞製成。研究人員希望使用藥物誘導心髒組織在體內再生，而非在實驗室中培養。｜國家地理圖片集
心髒病發作後修複豬心髒
斯克裏普斯的另一款藥物稍晚進入研發階段，用於在心髒病發作後重建心肌組織。如今，支架和藥物可以重新打開血管並恢複血流，這一技術在近幾十年將心髒病發作的死亡率降低了一半以上。
“我們顯著提高了存活率，但仍有大量心肌死亡，”杜克大學(DukeUniversity)心髒病專家理查德.斯塔克(Richard Stack)說，“如果我們能讓那個失去功能的區域重新開始跳動，那我們就真正有所成就了。”
斯塔克是心血管大師聯盟(Cardiovascular Masters Consortium)的管理合夥人，這是一家由頂尖醫生組成的谘詢公司，正與斯克裏普斯合作開發該藥物。
這種藥物是一種氫凝膠，在心髒病發作數天後注射到心肌周圍的囊中，它會激活一種蛋白質通路，而這種通路在心髒達到成年大小後通常會處於休眠狀態。新激活的幹細胞會生成健康細胞，填充心髒受損區域。
斯克裏普斯稱，該藥物在實驗小鼠和少數豬身上有效，盡管結果尚未發表且未經過同行評審。一頭豬的成像顯示，其射血分數(衡量心髒向身體泵送富氧血液能力的關鍵指標)在心髒病發作後驟降，但在治療一個月後恢複正常。更多豬的測試正在進行中，人體試驗預計於2027年開始。
斯塔克對早期動物實驗結果“驚歎不已”。“在44年的從醫經曆中，我從未見過如此驚人的結果，” 他說。
傳統技術取得成功
與此同時，默裏和他在南加州大學(University of Southern California)的同事正在對成人血液幹細胞進行重新編程，使其成為心肌細胞，然後進行移植。經過數十年的斷斷續續的進展，這種方法終於奏效了。“我們正在心髒中製造新的肌肉，改善心髒功能；科學依據就在那裏，” 默裏說。
該技術已在小鼠、大鼠、豚鼠、非人類靈長類動物(nonhuman primates)和豬身上進行了測試，人體試驗預計於2027年開始。“我有合理的依據說，我們已經克服了所有主要障礙，” 默裏說。
最後一個障礙是，在恒河猴中，新細胞在移植後的頭幾個月跳動過快，引發心悸。給動物服用調節心律的藥物，或者在植入前對細胞進行基因編輯(gene editing)，解決了這個問題。
在2024年7月發表的一項研究中，兩隻猴子在心髒病發作後接受治療，順利接受了新細胞，沒有出現任何意外，它們的心髒跳動得就像從未受過傷一樣。
再生醫學過去和未來的障礙
與傳統技術一樣，使用藥物刺激人體天然幹細胞的方法也並非沒有挫折。斯克裏普斯還試圖針對幹細胞生成新的關節軟骨來治療骨關節炎，但該藥物在最後階段遇到了障礙。
未發表的研究顯示，這種藥物在動物模型中通過誘導幹細胞製造新的關節組織被證明是有效的。但在早期臨床試驗(clinical trial)中，將藥物注射到60人的膝蓋中並未產生足夠數量的軟骨，無法產生有意義的效果。斯克裏普斯已暫停進一步研究，直到開發出更持久的配方。
諾華也在測試一種刺激軟骨再生的藥物，已成功完成了一項針對約24名患者的小型安全性研究。該公司正在對更多人進行安全性和有效性測試，公司官員尚未對進展發表評論。
盡管再生醫學的終點比以往任何時候都更近，但新的挑戰可能仍會出現。其中之一是確保在生長所需組織和過度刺激細胞之間找到平衡點，過度刺激細胞可能導致癌症。“未來的真正挑戰是試圖弄清楚何時、何地以及多大程度上激活這些通路，以增強修複而不引發意外後果，” 耶魯大學的喬喬利說。到目前為止，科學家們對小規模安全性研究和默裏的豬研究中未出現這一問題感到鼓舞，後者發現心髒或其他器官中沒有異常細胞。
斯克裏普斯研究所化學副教授邁克.博隆(Mike Bollong)說，經過數十年的實驗，也許很快就有可能以一種讓患者重獲優質生活的方式修複受損器官。“這正是再生醫學的意義所在。”
