探索再生迷幻世界的陳振輝

「再生」,這個從以前到現在不停出現在電影場景中的能力,無論是金鋼狼的子彈自癒,或是哈利波特的生骨藥,人們想透過各種方法一窺再生的世界。這個謎一般的領域,今年TEDxTaipei 年會邀請到中研院的陳振輝研究員,來幫大家撥開未來的迷霧。
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Photo credit:Chen et al., (2016). Multicolor cell barcoding technology for long-term surveillance of epithelial regeneration in zebrafish. Developmental Cell 36 (6), 668-680.
Photo credit:Chen et al., (2016). Multicolor cell barcoding technology for long-term surveillance of epithelial regeneration in zebrafish. Developmental Cell 36 (6), 668-680.
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撰稿/魏妤庭

「再生」,這個從以前到現在不停出現在電影場景中的能力,無論是金鋼狼的子彈自癒,或是哈利波特的生骨藥,人們想透過各種方法一窺再生的世界。這個謎一般的領域,今年 TEDxTaipei 年會邀請到中研院的陳振輝研究員,來幫大家撥開未來的迷霧。但在此之前,我們也先跟教授聊聊他對再生的想法:

Q: 再生研究最讓您著迷的部分是什麼?

那肯定是「再生速度」。以蠑螈舉例,成體要花 5-10 年時間才能長成,但被切除手臂的蠑螈,再生完整手臂的時間只需要 30-60 天。斑馬魚也是從仔魚到成魚要花 3 個月,但再生完整尾鰭只需 7-14 天。

比較下來,再生的「速度」非常快。

另外一個很有趣的現象,如此快的生長速度,又是什麼訊號告訴牠「欸,差不多該停了。」才能讓再生回來的器官不會過大或過小,就這麼剛剛好回到本來的樣子。

心裡出現個疑問:這個機制是怎麼觸發,怎麼踩煞車的?

無論是斑馬魚尾鰭的特定形狀,或蠑螈手指數目,再生出來都不會混亂,真的很神奇!但目前學界對「再生總能長得剛剛好?」還了解得很少,這也是我們有興趣探索的方向。

在實驗室裡,我們分析了幾萬隻突變魚的再生能力,可以找到不會再生的基因突變魚,但目前為止還沒有找到因為突變,受傷再生後會長的比原本尾鰭長的斑馬魚。這個「踩煞車」機制的運作還很不清楚,或許我們也需要回頭調整評估機制,畢竟少長 20% 會比多長 20% 的組織容易觀察。

學界目前對再生反應如何「觸發與踩煞車」的機制還很不清楚。這是我們很感興趣的研究方向。

Photo Credit:TEDxTaipei

Q:「成長」與「再生」不一樣在哪裡?

我們觀察到有些基因在成長與再生的過程,同樣會被觸發

對我來說發育跟再生的比較很有趣。我們發現,很多再生觸發的基因,也在發育過程中扮演重要角色,這些可以再生的生物,受傷後能「重啟」發育過程。但「再生」跟「發育」最大的不同點在於, 再生是種「受傷反應」,而且速度驚人,原本需要幾年的時間,卻能濃縮在幾天或是幾個月內完成。

Q: 新長回來的再生器官/組織,是新還是舊?

再生後的部位,新還是舊的討論一直是很有趣的議題。

舉斑馬魚的尾鰭再生為例,研究過程經常可以觀察到新長出來的部位,最一開始跟原部位有不太一樣的色素沈澱,要過一段時間才會慢慢恢復。但是新長出來的組織或器官是全新或只是回到被破壞之前的狀態,不是容易回答的問題。要如何精確定義組織細胞的年紀是一個挑戰。

拿渦蟲這種很會再生的動物來舉例,食物充足的情況之下,牠可以持續的自體分裂。分裂後有頭就長尾、有尾就長頭,那誰是餘命比較短的爸媽,誰是餘命比較長的小孩呢?

父代子代、新與舊的界線,對於很會再生的生物,或許是模糊的。

Photo Credit:TEDxTaipei

Q: 如果對有再生能力的動物,將他們身體各部分定期破壞一輪,是否會延長壽命?

這樣的實驗蠻有意思的,好像還沒有人做過。

不過「再生」的組織,是從既有的體細胞長出來,體細胞的 DNA 作為遺傳物質已經受損的部分也會連帶複製到新再生的部位,像是陽光照射而產生的 DNA 突變,不會是回到個體初始無受損的狀態。

Q: 目前學界對於「再生」的研究,有沒有能夠應用於醫療領域的階段性成果呢?

以嚴謹的研究成果來說,目前還沒有可以直接應用在醫療上的成果,這是很多實驗室還在努力的目標。

我們雖然對斑馬魚的再生機制有一定程度的理解,但是對其他物種的認識還不夠全面。前一陣子我讀到一篇文獻,有實驗室將斑馬魚視網膜的再生基因,轉移到老鼠的視網膜上,觀察到這個基因可以幫助再生老鼠受傷的視網膜細胞,但是是否就能讓老鼠的視力有功能性的恢復?還需要更多的研究。

目前「再生醫學」臨床上的應用還是輔助的角色 ,例如改進軟骨修復的醫學材料,但並不是如同重新長出一個器官這樣大規模的自然再生,要達到這種突破還需要很多的基礎研究。

Q: 當前對「再生」的研究,有沒有特別覺得需要警醒或是注意的地方呢?

就目前技術的發展,我確實會期待人類有一天能透過誘發自然再生的能力而活得更長壽健康。不過這些科學前景要實現,時間點是在未來的 20、30 年之間,不會是當下可以運用的。

觀察報章雜誌,「幹細胞」、「再生」的相關研究出現在人們的眼前,在世界上有些地方、一些私人診所,會培養幹細胞直接運用在醫療行為中。許多人抱持「試試看」的心態,但很多相關的醫療行為都未經過嚴謹的臨床試驗。

身為研究人員,我認為不應過度詮釋當前基礎研究的成果,我們應保持樂觀,但不該相信未經驗證的治療方法。

Photo Credit:TEDxTaipei

Q: 有關「再生技術」的未來可能應用,有沒有可能出現什麼樣的爭議?

之前有一個實驗,科學家將年老的老鼠與年輕的老鼠身體血液循環聯通,結果年老的老鼠毛色重新變得有光澤,且多方面的生理活性獲得改善。

這樣「返老還童」的技術是有可能突破的,讓人變健康,是大家都想要的結果。一個新的醫療技術發展,最初價格一定非常昂貴,無法讓每個人使用。

就舉最近癌症免疫療法來說,免疫療法對惡性黑色素瘤特別有效,部分患者能治癒。這個方法要應用在其它種類的癌症目前還有很多挑戰要克服。就算想要冒險一試,昂貴的治療價格也是無形的障礙。

新技術出來,並不是每一個人都有機會。當技術進展到攸關人命的公平性,就有進一步思考的空間。

可以參考美國早期洗腎技術剛出來時的狀況。這項技術被發明前,被診斷腎功能衰竭的病人,在末期幾乎沒有存活的機會。而洗腎機的出現,可以很有效率延長病人壽命,但長期重複的洗腎費用也會壓垮個人財務。當攸關人命的技術出現時,是不是應該強制納入健康保險來給付呢?

當洗腎被證實是病人唯一可以存活且很有效的方法,這樣的權益就需要提出來討論是否該被保障。如果再生技術的醫療益處,有一天被發展到如同洗腎般影響人的生命權,那麼資源取得不均,就會是個問題。

Q: 從研究經驗中,「再生」領域還有什麼部分是重要,也希望更多人參與研究的方向呢?

這個領域其實還有很多未知、 值得探索的方向。我列舉一些例子:

不同物種的再生研究 :很多物種其實都有再生能力,但我們對他們的認識都很有限,學界研究比較多的是斑馬魚、蠑螈、渦蟲,但水螅、蝸牛、蚯蚓也很會再生。不同物種的再生機制是如何呢?對他們有更多的了解,我們才有機會發展、測試不同的策略來再生組織器官。值得一提的是,不同品系的蠑螈,再生機制可能不一樣,幾年前的研究發現很會再生手臂的蠑螈,其中一個品系是加速肌肉細胞分裂來完成再生,另外一個品系則是用幹細胞,細胞層級的調控機制不同。

再生能力怎麼進化的 :渦蟲的再生能力很強,但近年來也發現演化親緣關係接近的渦蟲,有不會再生的版本。其他諸如蠑螈、蜥蜴這些動物,也有演化道路接近,但不會再生的品系,演化的過程到底發生什麼事情,才讓這些動物有不同的再生能力?是不是存在關鍵的「再生基因」可以控制再生能力?

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Photo Credit:TEDxTaipei