再生医学的前途与挑战

「再生」、「干细胞」等词汇或许令你联想起美容疗程或护肤产品。然而，「再生医学」（Regenerative Medicine）绝非驻颜之术，它的研究及应用范畴涉及修复受损皮肤、骨骼、器官等，堪称当今生物医学界最炙手可热的研究课题之一。

笔者回港就任香港中文大学校长前，在美国从事肌肉骨骼生物学及组织再生研究多年。本文将以人体软骨为例，概述再生医学的理念，浅谈相关技术的前景与机遇。

回溯医学发展史，医疗方案大致可分为四类：「预防」，意即防范疾病发生；「缓解」，减轻患者因病引致的症状或痛楚；「治疗」，透过药物等媒介解决健康问题；「复康」，施予手段令身体机能复元。
以上四个方案相信对大家并不陌生，而「再生」（Regenerative）将是未来医疗的新趋势。

修复人体组织

究竟「再生医学」是甚麽？
简而言之，再生医学旨在修复或复制因疾病、创伤、年老或先天缺陷等因素而受损的人体组织或器官，采用的方法包括医疗装置、人工器官、组织工程、生物材料、细胞治疗等，堪称现代生物医学科技最前沿的范畴。

利用再生医学技术制作替补软骨，是笔者专研的项目之一。软骨连接着骨与关节，让我们可以活动自如。然而，软骨会因创伤受损或随年龄增长而退化。最普遍的例子，便是骨关节炎。据统计现时每六个人之中，便有一人罹患此症；预计2050年全球将有一亿三千万人受骨关节炎影响，迄今无药可治。

干细胞作材料

那麽，再生医学如何帮助骨关节炎患者？假如患者的软骨组织已经「磨蚀」，关节连接的骨骼自然会「硬碰硬」， 亦会造成骨骼畸形生长，带来无比痛楚。若我们能够以生物技术制造出可「填补」受损部位的软骨，问题便迎刃而解！

正如修补马路需要沥青，修补受损关节的第一步是找出再造软骨的合适物料。因人体并无额外多余的软骨细胞，我们只能寻找替代品，并将其培育成软骨细胞。理想的物料其实近在眼前，就是人类自身的干细胞。干细胞可以在骨髓、脂肪组织、肌肉、胎盘甚至乳齿等地方找到，它具有自我复制能力，而且当置於新的组织环境培植时，能发展出拥有该组织特性与功能的细胞，是理想的「再生软骨原材料」。 目前，除了确认干细胞的组织来源外，成功应用干细胞的最大挑战是如何在保持细胞之多能转化特徵的情况下，有效地把干细胞培养至足够数量以供使用。

组织工程修补软骨

找到干细胞作为原材料後，便要建立支架，作为干细胞的「生长基地」。笔者研发了两种仿生材料支架，第一种名为「电纺纳米纤维支架」，制造方法是利用聚合物溶液（一种经FDA认可的可吸收生物材料）在强电场下喷射，即可制作出纤细形的条状物作为支架，再让细胞黏附其中後发展成新组织。另一途径是将细胞直接放进聚合物溶液中，然後以投影光固化三维打印技术造出水凝胶。这个方法的好处是细胞已先封装於水凝胶中，水凝胶可以按需要造成不同形状及大小。

成功为细胞提供「生长环境」後，最後一步便要将它们「孵化」为软骨细胞。我们的方法是将植有细胞的支架放进生物反应器，作用就如焗炉或孵化器，为细胞供应养分，以模拟活体的生物环境。实验显示，只需不到七周即可培植成再生软骨物质，硬度达原生关节软骨的75%。

经上述组织工程所制造出来的替补软骨，已经在兔、猪和山羊等动物身上试验成功。惟要转化至人体临床应用，仍需科学家们的不懈努力，前路仍然充满挑战，但我对此感到积极乐观。

跨领域跨界别合作

如前所提及，骨关节炎目前无药可治，且很难找到近似人类关节的动物进行测试，窒碍新药物的研发。为此，笔者早前有幸与全球四家出色的大学(香港中文大学、 匹兹堡大学、史丹福大学 、杜兰大学)的团队合作，以微型生物反应器平台「复制」构成人类关节的多个部分，制成「三维微关节」装置。这个装置的产品原型 (Prototype) 已经完成，期望生物医学科学家能利用此「关节模型」研究及测试新药，弥补现时空白。

我从美国回流到出生地香港，乐见香港的生物医学科研处於全球领先位置，不论在干细胞研究、肿瘤生物学、实验药物治疗学、组织工程学等均表现出色。科技创新必须跨领域合作，发挥团队精神，以改善社会问题作为目标。为了把握跨界别、跨地域合作的大趋势，中大已成立及整合多个涉猎干细胞及再生医学的研究单位，加上与国际院校的协作及互补优势，再生医学将会为人类健康带来更光明的未来。
 
（注：本文只有中文版本。原文刊登於2019年2月1日《信报》教育版。）