再生醫學的前途與挑戰

「再生」、「幹細胞」等詞彙或許令你聯想起美容療程或護膚產品。然而，「再生醫學」（Regenerative Medicine）絕非駐顏之術，它的研究及應用範疇涉及修復受損皮膚、骨骼、器官等，堪稱當今生物醫學界最炙手可熱的研究課題之一。

筆者回港就任香港中文大學校長前，在美國從事肌肉骨骼生物學及組織再生研究多年。本文將以人體軟骨為例，概述再生醫學的理念，淺談相關技術的前景與機遇。

回溯醫學發展史，醫療方案大致可分為四類：「預防」，意即防範疾病發生；「緩解」，減輕患者因病引致的症狀或痛楚；「治療」，透過藥物等媒介解決健康問題；「復康」，施予手段令身體機能復元。
以上四個方案相信對大家並不陌生，而「再生」（Regenerative）將是未來醫療的新趨勢。

修復人體組織

究竟「再生醫學」是甚麼？
簡而言之，再生醫學旨在修復或複製因疾病、創傷、年老或先天缺陷等因素而受損的人體組織或器官，採用的方法包括醫療裝置、人工器官、組織工程、生物材料、細胞治療等，堪稱現代生物醫學科技最前沿的範疇。

利用再生醫學技術製作替補軟骨，是筆者專研的項目之一。軟骨連接着骨與關節，讓我們可以活動自如。然而，軟骨會因創傷受損或隨年齡增長而退化。最普遍的例子，便是骨關節炎。據統計現時每六個人之中，便有一人罹患此症；預計2050年全球將有一億三千萬人受骨關節炎影響，迄今無藥可治。

幹細胞作材料

那麼，再生醫學如何幫助骨關節炎患者？假如患者的軟骨組織已經「磨蝕」，關節連接的骨骼自然會「硬碰硬」， 亦會造成骨骼畸形生長，帶來無比痛楚。若我們能夠以生物技術製造出可「填補」受損部位的軟骨，問題便迎刃而解！

正如修補馬路需要瀝青，修補受損關節的第一步是找出再造軟骨的合適物料。因人體並無額外多餘的軟骨細胞，我們只能尋找替代品，並將其培育成軟骨細胞。理想的物料其實近在眼前，就是人類自身的幹細胞。幹細胞可以在骨髓、脂肪組織、肌肉、胎盤甚至乳齒等地方找到，它具有自我複製能力，而且當置於新的組織環境培植時，能發展出擁有該組織特性與功能的細胞，是理想的「再生軟骨原材料」。 目前，除了確認幹細胞的組織來源外，成功應用幹細胞的最大挑戰是如何在保持細胞之多能轉化特徵的情況下，有效地把幹細胞培養至足夠數量以供使用。

組織工程修補軟骨

找到幹細胞作為原材料後，便要建立支架，作為幹細胞的「生長基地」。筆者研發了兩種仿生材料支架，第一種名為「電紡納米纖維支架」，製造方法是利用聚合物溶液（一種經FDA認可的可吸收生物材料）在強電場下噴射，即可製作出纖細形的條狀物作為支架，再讓細胞黏附其中後發展成新組織。另一途徑是將細胞直接放進聚合物溶液中，然後以投影光固化三維打印技術造出水凝膠。這個方法的好處是細胞已先封裝於水凝膠中，水凝膠可以按需要造成不同形狀及大小。

成功為細胞提供「生長環境」後，最後一步便要將它們「孵化」為軟骨細胞。我們的方法是將植有細胞的支架放進生物反應器，作用就如焗爐或孵化器，為細胞供應養分，以模擬活體的生物環境。實驗顯示，只需不到七週即可培植成再生軟骨物質，硬度達原生關節軟骨的75%。

經上述組織工程所製造出來的替補軟骨，已經在兔、豬和山羊等動物身上試驗成功。惟要轉化至人體臨床應用，仍需科學家們的不懈努力，前路仍然充滿挑戰，但我對此感到積極樂觀。

跨領域跨界別合作

如前所提及，骨關節炎目前無藥可治，且很難找到近似人類關節的動物進行測試，窒礙新藥物的研發。為此，筆者早前有幸與全球四家出色的大學(香港中文大學、 匹茲堡大學、史丹福大學 、杜蘭大學)的團隊合作，以微型生物反應器平台「複製」構成人類關節的多個部分，製成「三維微關節」裝置。這個裝置的產品原型 (Prototype) 已經完成，期望生物醫學科學家能利用此「關節模型」研究及測試新藥，彌補現時空白。

我從美國回流到出生地香港，樂見香港的生物醫學科研處於全球領先位置，不論在幹細胞研究、腫瘤生物學、實驗藥物治療學、組織工程學等均表現出色。科技創新必須跨領域合作，發揮團隊精神，以改善社會問題作為目標。為了把握跨界別、跨地域合作的大趨勢，中大已成立及整合多個涉獵幹細胞及再生醫學的研究單位，加上與國際院校的協作及互補優勢，再生醫學將會為人類健康帶來更光明的未來。
 
（註：本文只有中文版本。原文刊登於2019年2月1日《信報》教育版。）