《生命科学》

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更多发布于：2019-01-15 15:36

第八集《生命科学》

1991年8月，原国家计委批准成立兰州重离子加速器国家实验室，向国内外开放。1997年在主加速器SSC上建成具有创新结构的中能放射性束流线（RIBLL），为我国开展放射性束物理研究创造了条件；2006年具有国际领先水平的超导高电荷态ECR离子源建成并投入运行，使HIRFL的束流强度显著提高；再加上一批改造项目的实施，使HIRFL的运行水平进入国际先进行列。

第八集《生命科学》 3月15日15:07 视频回看

为使我国重离子物理研究继续在部分前沿领域保持国际先进性，同时深入开展重离子治疗肿瘤等交叉学科研究，近代物理研究所经过多年的预研及反复论证，并结合中国国情，提出了在HIRFL上扩建多用途的冷却储存环（CSR）工程。CSR作为国家“九五”重大科学工程，于1997年6月经国务院科技领导小组审议通过，2000年4月经国家发改委批准开工建设，2008年7月通过国家验收，正式投入运行。CSR突出的创新点是，高品质同步环和大接受度实验环双环运行，并配以空心电子束冷却，大幅度提高了束流累积效率、重离子束的能量、流强和束流品质，使一些极端条件下的高精度测量成为可能。工程建设坚持自主创新，自行研制的设备超过70%，在超高真空、磁铁及其电源的设计加工、自动控制等方面都达到了国际同类装置的先进水平。CSR的投入使用为中国重离子核物理、放射性束物理、高离化态原子物理、核天体物理、强子物理等基础研究，以及生命科学、材料科学、航天科技等应用研究提供了先进的实验条件，2012年获国家科技进步二等奖。
兰州重离子加速器在交叉学科研究方面也发挥了巨大作用。依托该装置开展了重离子治疗肿瘤的基础研究和关键技术攻关，先后建成浅层和深层治疗肿瘤终端，临床试验治疗肿瘤研究取得了显著疗效，使中国成为继美国、德国、日本之后，世界上第四个实现重离子治疗肿瘤的国家；建成了单粒子效应地面模拟实验平台，为卫星和飞船上的航天半导体器件抗辐射性能及其加固提供了关键的测试平台，为航天器的安全运行提供了重要的技术保证；发展了重离子辐照技术，研制成功多种新型材料；利用重离子诱变技术培育出春小麦、甜高粱、当归、瓜果、花卉等作物的优良新品种，微生物新菌种和新药，取得了显著的社会经济效益。

取得一批国际瞩目的重大理论突破，建立了系列原创干细胞研究技术系统和临床级干细胞培养技术系统及全国首株临床级胚胎干细胞系，建立了全国首家临床级干细胞库。开展了利用干细胞技术修复子宫内膜治疗不孕不育、修复脊髓损伤等临床应用。2017年4月，启动世界首批利用干细胞技术治疗帕金森病和黄斑变性的临床研究。
近百年来，脊髓损伤修复，一直是世界性临床医学难题。在中国，就有超过200万的脊髓损伤患者等待救治。如今，脊髓损伤修复难题在临床上有了新突破。中国科学院遗传与发育生物学研究所的再生医学研究团队，经10余年努力，研制了基于胶原蛋白的神经再生支架，结合间充质干细胞，能够引导脊髓再生。1月16日，该项目在中国武警脑科医院顺利完成了世界首例临床手术，目前情况良好。据介绍，第一批计划治疗病人6例，另5例病人将相继在苏州大学附属第一医院和解放军总医院第一附属医院开始手术，预计在1月底前完成。
给脊髓损伤病人移植结合间充质干细胞的神经再生胶原支架，在世界尚属首次，它在攻克脊髓损伤修复这个医学难题上，取得了哪些重大突破，原理是什么？通过手术，病人能否康复？记者专访了脊髓损伤临床研究团队领导者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员戴建武。
脊髓损伤修复是世界难题，再生医学带来希望
作为中枢神经的重要组成部分，脊髓的主要功能是传送大脑与身体其他部位的感觉及运动信号。因此，脊髓损伤是中枢神经组织最严重的损伤之一，在交通事故、砸伤、摔伤、运动性损伤，以及地震、矿难等灾难中较为常见。
戴建武介绍，脊髓损伤及其继发的一系列病理生理反应，会致使患者渐进性的神经组织丢失，在损伤部位形成空洞或瘢痕，导致患者感觉运动功能的丧失。原发性脊髓损伤，还常常伴有并发症，如泌尿系统并发症、呼吸系统并发症等。
脊髓损伤后，人的劳动能力几乎完全丧失。近百年来，临床专家尝试过多种治疗方法，都以失败告终。直到再生医学的兴起，才为脊髓损伤的治疗带来了希望。
2014年初，戴建武团队与中国食品药品检定研究院医疗器械检定所合作制订了神经再生胶原支架的产品标准，并开展型式检测。目前第一批医院已经通过了伦理委员会批准，并按国家新的临床研究管理办法向上级卫生主管部门备案。
“目前我们只开展了第一阶段工作，来评价手术的安全性。接下来，我们还将入组20到30名病人，进行临床治疗研究，除了对病人进行系统康复训练，我们还会对疗效进行系统分析。”戴建武说。
把干细胞“种”在支架上，脊髓神经有了再生桥梁
干细胞具有修复和再生功能，国外曾有把干细胞直接注入患者体内治疗脊髓损伤的手术案例，可惜都没有什么效果。这次手术同样利用干细胞来进行修复，与以往做法有何不同？
“不同在于，我们这次采用的是神经再生胶原支架结合间充质干细胞来治疗脊髓损伤。也就是说，把间充质干细胞‘种’在胶原蛋白做成的支架材料上。”戴建武解释说，“把间充质干细胞移植到患者的脊髓损伤部位，在搭建脊髓神经再生桥梁的同时，也有利于重建再生的微环境。”
选择把干细胞“种”在胶原蛋白支架上，研究团队有自己的考虑。
首先，支架能起固定作用。由于细胞通过脑脊液和血液流通，单把干细胞放进去，它就会“跑”到全身各处，很难在受损部位发挥作用。支架能把干细胞限制在受损部位，并使其形成一定的浓度，从而引导组织再生。同时，支架还能起到桥梁作用。脊髓损伤坏死部位，一般会长出阻碍神经组织连接再生的瘢痕。这就得把瘢痕清掉，再把支架材料填入。这样一来，两端好的神经组织，就能通过支架“桥接”，支架上事先“种”好的干细胞，就能发挥作用，完成修复。
之所以选择胶原蛋白做支架，是由于胶原蛋白是细胞外基质的主要成分，有很好的生物相容性和生物可降解性。此前，戴建武研究团队利用胶原生物材料，结合自体骨髓干细胞，修复不孕患者瘢痕化的子宫壁，成功引导子宫内膜再生，使不孕患者顺利怀孕。这次，他们又采取相同策略来修复脊髓损伤。
在中科院“干细胞与再生医学研究”先导科技专项支持下，戴建武团队与临床专家首创了大鼠及比格犬的长距离脊髓全段缺损的损伤模型，系统研究了神经再生胶原支架及其功能化型式（如结合生长因子或者干细胞）引导神经再生以及脊髓损伤功能的恢复。
“在大动物比格犬的长期观察试验中，神经再生胶原支架结合间充质干细胞，可以有效促进动物运动功能恢复，包括站立及行走。这一世界领先的科研成果，为脊髓损伤修复的临床研究，奠定了科学基础。”戴建武说。
手术实现两大突破，效果还有提升的空间
随着首例手术顺利完成，手术的具体操作，也揭开了神秘面纱。
戴建武介绍，手术第一步，是把坏死脊髓里的瘢痕清理掉。“由于瘢痕跟正常组织用肉眼没法分辨，我们在手术中采用特殊的电生理监测手段，探索辨别瘢痕并将其切除的方法。”随后，将支架材料先水化，再“种”上干细胞，然后要迅速精确地放在缺损的位置。放完后，缺损部位还会有空隙，这时再使用胶原制备的“胶水”填充整个空隙。
这次手术选择的对象，脊髓损伤属于最严重的级别。为什么首次手术就敢选重症病人？
戴建武表示，第一批临床手术需要评估手术的安全性——如果手术没什么障碍，病人术后没有大的副作用，就可以说是安全的。这就需要选择全横断、非急性期、完全没希望自发恢复的病人。重症病人都没问题，其他病人的手术，就更没问题。
“首例手术的完成，实现了两大突破——第一，是把支架材料从动物实验，应用到了人的临床手术。第二，在手术过程中，成功清理掉了瘢痕。手术安全，就是重大进步。从第一例的情况来看，手术是安全的。”戴建武非常欣慰。
重度脊髓损伤患者能否康复，是各界最关心的问题。戴建武表示，能否彻底康复不好说，“毕竟这是由很多因素决定，有个体差异，有心理差异等。当然我们会不断改进，因为支架材料已被证明是安全的，我们如今在支架上放的是间充质干细胞，将来可能放神经干细胞或神经生长因子，这样它的再生能力可能会提升，效果会更明显。我们也希望，能让更多患者尽快受益。”