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| 「 發現」遠哲 科學文教基金會 第 87 期 作者張南驥 |
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| 生命發展過程中的自組性及互輔性 |
| 生命的另一個令吾人驚奇的特質就是自精卵結合後開始的那一刻起， 生命發展的自發性便可因「裡應」「外合」而有計劃，有目的，且循序漸 進地開展，向著建構一個完美的生物個體而邁進。 所謂「裡應」那就是核 內的基因可自發性地啟動及調控，進而讓基因可「適時」，「適量」，且 「適態」地表現出其所隱控 (encode) 的蛋白質去執行其功能。而所謂「 外合」那便是其所衍生出的細胞子代，為數雖多，卻能主動地相互影響，利胞膜上不同的分子及接受器，加上其所分泌外放的激素來傳遞訊息經彼此分工合作，而共同完成預定的子計劃 ( 組織、器官 ) ，並於各自完成 後，各就各位地配成總工程 ( 生物體 ) 。而其後的運轉便可完美無缺地進 行一世代，才在老化 (aging) 機制起動後而結束。其間並因建立傳承下一 代的機制 ( 生殖系統 ) 完成生命延續的大任。 |
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這種自行組編且相互分工、合作、忍讓的能力，當然跟原創基因藍圖 所設計的息息相關。而吾人現今所能了解的程度卻極為有限。如今，我可 用一個比喻來簡述其機轉，那就是 ─China Town Effect ( 中國城效應 ) ─
如果在清末將三個可愛的小男生加上三個小女娃，遷移到美西「三藩」市 ，百年後，便會發現中國城不但被成功地建立，而其內的所有中國人也都 由當初的六人生育而來，所令人驚奇的是，他們卻能主動地分工合作幹起 各行各業來，無需美人參與便可自給自足地發展完成。若以此類比，吾人 便知「幹細胞」就好比是那些「童男」、「童女」，他們人數雖少卻可以 成就萬能的大事，無人可擋。雖然仍不到「全能」的境界足以獨立自成 「一國」卻也能使「三藩」之外另加「一藩」。其成功史，足可借鏡。 |
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故此，近日吾人若將早期胚幹細胞注射到同源小白鼠之腿部肌肉中， 八週後便可長成一團肉塊 (China Town) ，經過切片分析後的結果，便可看 見有正常的腸、肺、肌肉、神經組織能分區建構完成，雖然不能各就其正 常的定位，相互配合工作，但其所可能提供組織的利用潛力，不容忽視。
其他最新的研究進展亦指出將幹細胞 ( 帶螢光標記 ) 若注射到腦及心臟受 傷的小白鼠體內，而這些為數極少的幹細胞便可因應呼招而趕赴傷處，分 別修好其所對應的組織。今有更甚者，就是幹細胞因有萬能特性，他們亦 可分化成類似卵巢的組織，進而製造出經過正常減數分裂後的成熟卵子。
這便使得將來利用它在前述「核轉移技術」中製備及培養出早期「胚幹」 細胞株的夢想得以實現。因為此一步驟既可以排除需要向婦女請求捐贈或 購買卵子的必要性，就可避免所可能衍生出來的倫理及法津問題，使幹細 胞的研發應用更邁進一大步。 |
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| 胚幹細胞研究的遠景及現況 |
| 人類基因的終極解碼工作現已全部完成。有近三萬五千個基因同時被吾人找到，但要了解此「生命全書」中全部基因 之真正功能，就像要「建築工」在得到「建築大師」的建築「設計圖」後，很快就能讀懂那構築生命架構的每頁藍圖及各頁間的相關性一樣地困難，不過只要確實 「按圖施工」，總有完工的一天。至於「按圖修繕」也是必定可行的，故此，在後基因體的新世代對原創造生命的「正常」運作原理應會更加的了解，也因此對生命 「異常」在那（醫檢工作）及如何修復（醫療行為）亦當有長足及快速的進展。故此，每一基因所主控製作的蛋白質，若有缺失，吾人將可利用既得的人類基因將其 轉殖至動物或細菌中去大量生產而補足之，明顯的例子是，人類胰島素可藉重組細菌（ Recombinant Bacteria ）去量產，因而拯救了許多糖尿病患者。但是如果缺失的不只是小小的一種蛋白質，而是某種細胞、組織或器官，那胚幹細胞的應用才是我們的新希望。 |
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| 近十年來，胚幹細胞可藉由受孕後 3.5 天囊胚（ blastocyst ）中的內層細胞群（ Inner Cell Mass, ICM ），將之移出後，培養在特定的環境中去刻意阻止其繼續分化（ Differentiation ）的能力，此舉不但能保有它繼續增殖（分裂）的能力，因而可以「量」產，又可保其原「質」不變，固守其往後利用的價值。 |
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| 一. |
吾人將可利用胚幹細胞大量生產後， 在 特定的培養環境中 （如 加特定賀爾蒙、改變離子 、 酸鹼度及生長附著表面材質）來誘導 其生長成單一特定之細胞或組織，以便將來可利用來修補受損器官。例如皮膚、軟骨、硬骨及與糖尿病有關之胰臟細胞。其在體外培養成功之機率極高，價值亦極 高。 |
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| 二. |
利用胚幹細胞可控制其原始胚母時期不再分化的特性，我們可以 「以多取勝」，選殖到某一特定基因定點修補後的胚幹細胞株來 進行基因修補工作，這正像若僅有一箭一個標，中紅心之機率很 小；但箭多或靶多，均較容易；若是靶多，箭也多，則精確修好 的機率就大更多了（見圖示一 ）。因此，胚幹細胞成了基因修 補成功的必備條件（見圖示二 ），難怪美國會在近日藉修法來 允許醫界建立人類胚幹細胞株並作研究，此外利用胚幹細胞將其 正常基因修壞的技術若用在小白鼠，則可以用以研究此基因其原 本的功用為何（見圖3 -1 ）。這正如小孩子玩玩具，常常是先弄 壞某一零件再觀查其之影響，便可得知此零件之原創功用為何一 樣。故此人類基因解碼後，緊接著便是將小白鼠之基因也解碼。
因為既然人類不可能被利用為實驗品就只好找到那與人類基因相 對等的同源小鼠基因，再用基因標的之破壞的方法來研究它可能 的功用。當然人類某些基因若非小白鼠所共有，則偵測其功用之 實驗的困難度便相對增加。 |
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| 三. |
胚幹細胞建立後可永久保存在液態 N2 中。又因可隨時取出體外 大量複製增殖，因而可以等到某一成人之缺失基因被確定後，利用基因標的之方法去設法以一對一，精確地置換成正常基因 ( 如 圖3 -2 )。當此一胚幹細胞被選中後亦可增殖並移轉到另一個體 所提供之囊胚中，此時被注入之胚幹細胞與原來之 ICM 細胞，分化時間相同， 若將此囊胚轉殖到代孕母親之子宮中， 便可一同分化發育成各類細胞、組織或器官來進行醫療診治工作，不過因為所用囊胚屬於他人生命及財產，而代孕生育出之鑲嵌子又有一半 為非自己之細胞與組織，則可否犧牲此生命個體來取用其已修復 好之細胞、組織及器官而利用之。必將成為倫理、道德上的一大考量（見圖三 ）。 |
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| 最近人類可利用動物成熟體細胞將核取出後置於未分化且先去核之卵 ， 而生出與送入核之捐贈個體 ， 相同之複製動物因而震驚世界。雖然其功率極低且是否為真，依然值得懷疑，但取用胚幹細胞，取其較未分化的而利用之，則其成功率應可提高，今者，若取用未受 精之卵去核而來進行 此 項實驗，則法律上的考量必定會減少，因為未受精前之卵可判定為無生物，因此利用取自早先保存原本即可丟棄之胎盤細胞 、 自身成熟體細胞或至自身核轉移後所建立之 ESC （可標的）來進行複製人的工作，則其可行及適法性均無懈可擊也！（見圖示四 ） |
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