罗宾·L.史密斯博士RobinL.Smith, MD

l  再生医学领域的全球思想领袖

罗宾·L.史密斯博士是再生生命基金会的创始人和董事会主席，该基金会致力于提高全球对再生医学治疗及治愈一系列致命疾病的潜力的认知。2010年，该基金会与梵蒂冈建立了历史性的合作，进一步推动实现其全球使命的步伐。

史密斯博士于2017年被任命为新泽西州罗格斯医学院医学系临床副教授。史密斯博士还担任了NoeStem的首席执行官，将专有细胞治疗开发与成功的商业开发及生产相结合，开创了新的商业模式。

作为一个医生、慈善家和企业领导者，史密斯博士能够引领全球医疗保健行业，走向细胞疗法的未来。

马克斯戈麦斯博士Max Gomez, PHD

l  美国健康基金会“年度人物”

马克斯·戈麦斯博士曾担任美国全国广播公司（NBC）电视网的医学报道记者和资深健康编辑，他为电视台制作过多部获奖的健康和科学节目。戈麦斯博士还是在梵

蒂冈举行的两场成体干细胞国际科学研讨会的组织者和主持人。此外，他还与史密斯博士合著了《治愈细胞：医药史上最伟大的革命如何改变你的生活》，向普通读者展示了新兴成体干细胞技术领域的一系列突破。

第 1 章

干细胞：生命的再生摇篮

在希腊神话中，普罗米修斯从奥林匹斯山上偷走了火种。他把火种藏在一个巨大的茴香枝里，送给了人类。作为对普罗米修斯的惩罚，宙斯将他锁在高加索山的一根木桩上。在那里，每天都有一只巨鹰啄食他的肝脏，但被吃掉的肝脏随即在晚上又长了回来（图 1.1）。这个神话阐明了一个流传于世界各地的主题。从史前时期开始，人类就幻想着有能力再生或修复我们的身体。这种幻想的起源是显而易见的，人体组织的分解和逐渐衰弱是影响人类生存的核心因素。随着年龄的增长，我们的身体会逐渐衰弱，直到最后死去。由于时间、疾病或伤害而丧失的身体功能，几乎无法恢复。

但现在，我们正在逐渐改写人体组织衰退的故事。组织再生的“神话”正在成为现实。这个使组织再生的秘诀，不是一种新的化合物或手术技术，而是存在于我们人类自身细胞中的能量。具体来说，科学家和医生正在研究如何重新启动人体的生长和修复程序，这些程序就隐藏在构建我们身体的细胞中。当我们还在子宫里时，干细胞推动组织生长，形成我们的身体。我们现在开始研究在人体内，利用干细胞修复和再生人体内的组织。今天，富有创新精神的科学家们向我们展示了，干细胞确实可以在损伤或疾病后对我们的身体进行修复。

当然，无论你的政治倾向或宗教信仰是什么，你都应该听说过胚胎干细胞研究和治疗所面临的道德和伦理挑战。干细胞是受精卵长成为完整的人体过程中最活跃的细胞，因此有些研究和治疗需要从胎儿身上提取干细胞。

最近的研究进展让医生和患者可以回避这种伦理困境，越来越多的治疗基于来自成体组织的干细胞，如成人的皮肤、脂肪或血细胞等。此外，还可将成熟细胞已“分化”的部分剥离，使它们恢复到更像干细胞甚至更像胚胎的状态，这样它们就可以用于再生各种组织。这个再生医学的新领域借鉴了生物学、生物化学、化学、组织工程、物理学和应用工程，用多学科的方法来刺激身体进行自我修复。再生医学除了可以修复吱吱作响的膝盖或背部的伤痛，在为“不治之症”提供新疗法方面也存在潜力。

疾病的种类虽成百上千种，但总的来说多是由组织功能失调、受损或衰竭引起的（图 1.2）。这些疾病或许都可以通过再生医学疗法治疗甚至治愈。这种说法听起来有些极端，一些人也因此轻视再生医学，认为再生医学就像在 19 世纪声称有望治愈从水肿到疟疾的一切疾病的神奇补药一样。

然而，随着越来越多的证据显示出再生医学的益处，一度被视为边缘科学的再生医学，正成为许多疾病的主流治疗方法。我们了解得越多，就发现干细胞能够修复的组织和恢复的功能越多。但是在我们获得再生医学治疗有效性的真实证据之前，更重要的是要知道这些新疗法的关键——干细胞。

攻克医疗难题的新希望

我们每个人的生命，都始于精子和卵子的融合。这个融合后的细胞被称为受精卵，即原始干细胞，是一切最终将组成我们身体的各个组织的起源。

受精后不久，受精卵便会进行细胞分裂，形成2个、4个、8个、16个细胞。细胞分裂7次后，会形成128个细胞的结构，这个结构被称为囊胚。在这个时间节点，会有一个“开关”启动，细胞开始分化，而不是继续复制。这些细胞向特化迈进了一步，成为外胚层、中胚层和内胚层的细胞。这三种细胞类型构成了胚层（germ layers），它们将继续分化成200多种类型、总数量达到数万亿的细胞。外胚层形成神经系统相关细胞；中胚层形成肌肉、骨骼和器官；内胚层形成的细胞排列在人体内许多管状系统的内部。

细胞会逐渐分化，一些细胞分化为皮肤、一些细胞让心肌有节奏地跳动，还有一些细胞会成为关节细胞来缓冲骨骼。每个完全分化的细胞都有特定的工作。这些细胞只能复制产生与其自身相同的细胞，只有少数例外，我们将在后面提到。当一个人出生时，他体内的绝大多数细胞都已高度分化，但仍存在早期未分化的细胞。我们每个人体内都存在着有分化能力的细胞，它们能够分化出几种甚至多种组织，这些就是干细胞。

虽然干细胞存在于一系列分化程度不同的细胞中，但在科学领域的学说里，通常将干细胞分为两类：胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞是原始干细胞。在实验室中，原始干细胞通常来源于体外受精产生的128个未分化细胞组成的囊胚。虽然干细胞拥有能够产生多种类型组织的能力，但这种能力在实践中有一个很大的缺点，当这些多能胚胎干细胞被放置在原始发育环境之外的区域时，它们不受人体原始发育的制约和平衡，易导致癌症的发生。当研究人员将胚胎干细胞引入动物模型（animal model，指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。——译者注）体内时，它们的体内往往会产生肿瘤。

我们可以把使用困难看作是胚胎干细胞应用的一个挑战。南达科他州苏福尔斯的桑福德健康中心（Sanford Health）主任，托德与琳达·布林杰出教授（Todd and Linda Broin Distinguished Professor）埃克哈德·阿尔特博士(Eckhard Alt，MD，PhD)说：“由于伦理原因，胚胎干细胞不可能成为治疗药物。”阿尔特博士领导了桑福德项目（Sanford Project），一个20人的1型糖尿病研究小组。这个研究小组专注于利用胰腺干细胞，在胰岛中聚集可产生胰岛素的β胰岛细胞。

诺贝尔生理学或医学奖对于胚胎干细胞的伦理和道德问题，其中一个解决方案是创造所谓的iPSCs，也就是诱导性多功能干细胞。通过从分化的成体干细胞中剥离诱导性多功能干细胞，研究人员能够使它们恢复到类似胚胎干细胞的状态。实验证实，通过对成体干细胞施加压力，然后将它们暴露在特定的化学物质中，可以诱导它们回到类似干细胞的状态。

这些被诱导产生的多能干细胞，不仅可以克隆与自己相同类型的组织，还可以形成一系列其他组织。这项技术的发现者约翰·戈登先生（Sir John Gurdon，DPhil，DSc，FRS）和山中伸弥博士（Shinya Yamanaka，MD，PhD）获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖（图 1.3）。

然而，阿尔特博士指出，在许多治疗过程中，不需要干细胞分化成其他细胞类型的能力，我们可能根本不需要真正的多功能细胞。相反，更特化的、分化更成熟的成体干细胞更可能被直接用于再生或修复它们原本所在的组织。这些细胞在成人脂肪、骨髓和其他组织中含量充足，许多疾病可以通过使用患者自身细胞进行治疗，从而避免患者服用强力抗排斥药物。

实际上，这些成体干细胞已经开始分化，但尚未形成最终的细胞类型。成体干细胞将产生组成人体组织和器官的细胞，重要的是，它们可以无限分裂和繁殖。成体干细胞通常将用于补充它们原来所在组织的细胞数量。例如，医生能够从成人脂肪组织中分离间充质干细胞（mesenchymal stem cells）（图 1.4）。这些干细胞可以发育成脂肪细胞、软骨、骨骼、肌腱、韧带、肌肉、皮肤，甚至神经细胞。

如果间充质干细胞在分化的道路上再走一步，它可以成为类似心肌细胞（产生心脏的肌肉细胞）这样的细胞。另一种成体干细胞，造血干细胞产生了血液系统的细胞——红细胞、白细胞和血小板（图 1.5）。

正是这些血液干细胞为人类使用干细胞治疗疾病提供了原理论证。四十多年来，医生们一直在通过骨髓移植的方法将血液干细胞从捐赠者体内移植到患者体内。

造血干细胞最常被用来取代已经被化疗破坏的骨髓,如治疗白血病和淋巴瘤等。现在成体干细胞亦被用来修复自身免疫性疾病，也就是人体免疫系统错误地攻击自身所造成的组织损伤，如类风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮和1型糖尿病等。

除了来自成人捐赠者的干细胞外，脐带血也被用作造血干细胞的移植来源。脐带血采集自婴儿出生后丢弃的脐带。20世纪中叶，儿童白血病的治愈率几乎为0，而现在，因为造血干细胞的使用，治愈率已经提高到了90%以上。

现在有证据表明，成体干细胞可以被分离出来，并真正用于治疗人类疾病。现在的关键是要分离出新类型的干细胞，并与它们能够治疗的情况进行匹配。不管你叫它再生医学、干细胞治疗或细胞疗法，目的都是为以前无法治愈的疾病提供治疗的新希望。

让我们来看看一些疾病和病症，它们已经或者很快就可以用干细胞来治疗。

第一部分

干细胞疗法：医学的未来

第1章  干细胞：生命的再生摇篮

攻克医疗难题的新希望

用干细胞治疗肌肉和关节损伤

治疗心脏病：用干细胞修复心脏

第2章  在实验室中培养人体器官

人类为什么不能像蝾螈那样再生失去的肢体？

食道再生：用3D打印技术制造人类器官

推动再生医学发展的精准人体结构模型

第3章  修复受损的大脑

重启死亡的神经回路来治疗中风

为阿尔茨海默病患者带来希望

治疗“渐冻症”：细胞疗法的新应用

帮帕金森病患者停止用药

第4章  干细胞疗法能治愈癌症吗？

治疗移植物抗宿主病

运送药物的“干细胞飞船”

第二部分

免疫疗法：将身体作为药物

第5章  教导身体对抗癌症

逐渐成熟的癌症免疫疗法

免疫疗法的“三种武器”

第6章  治疗自身免疫性疾病

让糖尿病患者免受注射之苦

重置免疫系统，治疗多发性硬化症和重症肌无力

第7章  治疗过敏

利用免疫系统对抗过敏

用调节性T细胞抑制过敏反应

替换微生物群治疗肠道疾病

麸质不耐受和乳糜泻

第8章  免疫疗法的新方向

联合疗法

CAR-T免疫疗法

治疗“泡泡男孩”和1型糖尿病

第三部分

基因编辑：是否要改变我们的DNA

第9章  基因编辑工具箱

CRISPR：基因编辑技术的革命

首例CRISPR人体临床试验

第10章  治疗罕见疾病

“孤儿”疾病治疗的黄金时代

为杜氏肌营养不良症患儿创造“奇迹”

基因编辑在人体试验中的应用

第11章  找到患病细胞的“靶心”

关闭患病细胞的“开关”

狙击寨卡病毒：CRISPR全球紧急情况应对实例

靶点治疗：提前消灭致病基因

第12章  我们应该改变DNA吗？

“设计婴儿”：违背自然与伦理

人类基因组编写计划：福音还是灾难？

第四部分

人类2.0：我们即将步入的未来

第13章  我们可以告别疾病和衰老吗？

端粒：衡量衰老的分子尺度

用替代器官恢复健康并延长生命

如何延缓细胞衰老？

寻找大脑衰老的指纹，预防阿尔茨海默病

通过基因编辑阻止衰老

第14章  通往百岁人生的道路

学习经营“90+”生活

保持细胞生态系统的整体健康

第五部分

大资金、大数据以及生命重建的奥秘

第15章  大数据会带来更好的医疗吗？

医疗大数据的新举措

药物设计与疾病预防

第16章  慈善事业推动医疗创新

美国医疗慈善事业的复兴

富翁慈善家创造的医学进展

第17章  细胞医学时代的临床试验

临床试验：一场“有道德的赌博”

现代临床试验的伦理挑战

第18章  细胞：未来的“灵药”

下一个伟大的前沿领域

细胞疗法的未来

致 谢

关于作者