(香港文匯報記者 郭虹宇)人體猶如一組精密複雜的機器,每個「零件」環環相扣且獨一無二,當出現嚴重損耗或破壞時卻難以自行修復。不過,隨着科技進步推動再生醫學領域發展,為內臟與器官病變的患者帶來曙光。在粵港澳大灣區科研「強強聯手」優勢下,中文大學與暨南大學聯手成立了「再生醫學教育部重點實驗室」,推進幹細胞自我更新、組織發育與修復機理等不同範疇的研究。其中在主要器官層面,中大學者透過蛙類心臟的合成蛋白,探索心肌再生的治療新方向;又結合微流控技術引導幹細胞分化,培養仿真3D組織有望用於修復或替代受損的肝臟,以科學力量為人類健康作貢獻。

●萬超手持利用實驗室3D打印機打印的大鼠大腿骨與自然界大鼠的大腿骨對比。 香港文匯報記者 攝

中大是推動再生醫學領域灣區科研協作的先驅之一,早在2007年已與暨大共建「再生醫學聯合實驗室」,推動再生醫學的基礎、轉化和臨床研究合作;而在此基礎上,中大於2016年獲國家教育部批准成立「再生醫學教育部重點實驗室(中大—暨大)」,成為深化雙方優勢互補新平台。

此外,中大亦於2019年與廣州再生醫學與健康廣東省實驗室合作共建「再生醫學高等研究院」,展示多線並行的灣區合作。

核心研究設施總投資近億港元

多名實驗室中大成員近日接受香港文匯報專訪分享相關發展。「再生醫學教育部重點實驗室(中大—暨大)」聯席主任萬超介紹,實驗室主要以幹細胞自我更新、定向分化與重編程的分子機制及應用,組織器官發育、衰老及再生,病損組織器官的修復機理與應用為三大研究方向,現時共享的核心研究設施總投資額逾9,000萬港元,涵蓋項目逾120個。其中單是2020年,中大便承擔了24項進行中及新增的再生醫學與生物醫學研究,涉及2,300多萬港元經費。

爪蛙心篩因子 治心肌新方向

心臟是人體最重要的器官之一,原專注研究胚胎發育的中大生物醫學學院副教授趙暉,便是透過聯合實驗室協作,將研究領域擴展延伸至心臟再生。其研究團隊探索不同物種的心臟尋求啟發,以斑馬魚為例,如做了心尖切除手術後心臟可完全再生,而小鼠和人類的心臟再生能力則非常差。趙暉指斑馬魚心臟有兩個腔,一心室一心房;蛙類心臟有三個腔;人類心臟有四個腔。如果進行比較,會發現心臟再生能力會隨着低等生物到高等生物逐漸遞減,「生物進化得愈來愈高等,在進化中亦慢慢失去一些東西,這些失去的部分可能對動物再生能力有幫助,未來或可用於人的臨床治療。」

團隊最終選擇心臟再生能力很強的爪蛙進行實驗,並成功申請國家科技部戰略性國際科技創新合作重點專項資助,至今已與暨大及德國波恩大學開展持續合作多年。趙暉提到,團隊最新研究進展是發現了在切除爪蛙心尖後,其再生組織中有一種合成蛋白,可成功篩選出一批可能在心肌再生過程中發揮作用的重要因子,結果有助進一步鑒定與心肌再生相關的重要基因和蛋白,為心肌疾病的治療帶來新方向。

除心臟外,實驗室亦有主攻肝臟再生的研究項目,負責的中大生物醫學學院助理教授陳漢輝介紹,他的團隊利用微流控晶片平台技術(Microfluidic Chip),「即用晶片培養細胞,是現時國際上熱門的研究方法,將細胞、器官培養在晶片裡面,模擬人體的環境,可用於藥物篩選等」,團隊嘗試引導幹細胞分化成仿真3D肝臟組織,可用於人體肝臟組織病損後的修復或替代,目前已在小鼠體內得到初步的驗證。此技術培養的人工肝未來有望用於移植手術或替代療法,令需要換肝的患者毋須等候器官捐贈,為肝衰竭治療帶來新希望。

倡建灣區基金 激活創新動力

粵港澳大灣區正致力建設國際科技創新中心,在國家支持下亦有包括內地科研資金「過河」等更多支援與便利措施推出。「再生醫學教育部重點實驗室(中大—暨大)」多名成員認為,未來可進一步加速完善科研資金、生物樣本等研究資源的流動及共用,同時協調好研究生共同培養的機制,以加強融合灣區優勢,描繪出更廣闊的科研願景。

實驗室配備透攝電鏡(顯微鏡)及掃描電鏡(顯微鏡),前者能放大幾千倍,看到細胞內部的細胞器,後者`能觀察細胞表面。香港文匯報記者 攝

冀建機制利生物樣本流通

自科研資金獲准「過河」後,香港的大學和研發機構至今已獲批逾3.4億元人民幣研究經費,主要來自國家科技部、廣東省政府及深圳市政府,為本港研發活動注入更多動力。實驗室聯席主任萬超指,希望能夠開放更多合作基金,讓香港科研團隊可直接使用,既利於灣區發展,又能令科研資金在大灣區靈活流動;未來甚至可以考慮建立灣區「9+2」相互流通的科研基金:「商務領域的資金可以流通,為什麼科技方面的資金不可以呢?可以適當的放開,把資金盤活」,從而令整個灣區的科技工作者可以一起受惠,激活創新活力。

實驗室成員趙暉亦提到,現時內地與香港部分科研基金項目「過河」安排還未完全打通,「在體制上可以進行優化,將框架限制去掉」。此外,內地對生物樣本的管控非常嚴格,如血液樣本,在相關部門支持下,去年香港高校在內地設立的科研機構已實現跨境使用生物實驗樣本,他認為可建立更有系統的機制,加強實驗樣本流通,提升研究效率。

至於人才培育方面,中大及暨大過去十年來一直有「雙導師制」,即兩校各派一名老師共同培養研究生,不過直至目前為止,僅有十多人於有關制度完成聯合培養。趙暉提到,國家教育部對研究生管理較嚴謹,而且內地高校近年引入大批年輕國際科研人才,總體培養名額沒大幅增加,結果是「將研究生名額稀釋了」;而香港方面亦不算順利,研究生人數由教資會決定,名額相對固定,兩地機制讓「雙導師制」共同培養研究生顯得較困難。他認為,共同培養研究生可呈現「1加1大於2」的效果,應考慮如何加強體現優勢互補。

萬超則建議,教育部及教資會可於粵港澳人才培養方面探討建立新的共同機制,例如增加名額,以突破個別大學自身資源的有限性。

研幹細胞機制阻衰老

除卻人體主要臟器的再生,實驗室成員亦關注生物體結構和功能的基本單位-幹細胞及當中的分子機制,從組成生物體較小的單位展開研究,同時也有引入人工智能及3D打印技術,支持細胞追蹤及組織修復等。

張凱鴻主攻幹細胞衰老機制的相關研究。香港文匯報記者 攝

中大生物醫學學院助理教授張凱鴻,主力透過分析成年早衰症(Werner syndrome)這種罕見遺傳病,了解幹細胞衰老的分子機制。他介紹指,隨着年紀增長,成年幹細胞的數量減少,其再生和修復能力也變弱;成年早衰症與正常衰老有不少相近的特徵,例如頭髮灰白、脫髮、皺紋多、皮膚薄、動脈硬化、骨質疏鬆和患有白內障等。

他說,基因突變對間充質幹細胞(存在於骨髓、脂肪組織等部位的成體幹細胞)和體細胞影響最大,容易導致結締組織變性,令皮膚、血管及骨骼等器官或組織過早衰老。團隊主要將成年早衰症的誘導性多能幹細胞(iPSC)分化成不同的體細胞,透過研究不同細胞的老化速度及其分子機制,了解導致幹細胞老化的原因,希望能找出減慢幹細胞老化的方法,促進人體的再生和修復能力。

3D打印生物材料修復受損組織

此外,實驗室亦引進人工智能技術,致力於打造一個能高效追蹤培養中的細胞的通用系統,為細胞分裂、遷移、形態等研究提供重要資訊 。而在生物材料方面,實驗室亦正在開發堅固、可3D打印的生物材料,用於修復受傷的骨骼、肌肉、肌腱和韌帶組織等,該項目由生物醫學學院助理教授柯岱飛負責牽頭。

防治骨質疏鬆創新策

骨骼是人體的支架,支撐着身體的不同活動。骨組織是一種密實的結締組織,包括骨髓、骨膜、神經、血管和軟骨等,實驗室聯席主任萬超的研究方向就是骨骼組織的修復與再生。他分享說,其團隊研發能促進成骨的活性分子,在骨質疏鬆症模型中驗證其能有效地保護骨組織,冀未來能為骨質疏鬆症的防治提供新的策略。

此外,他亦帶領團隊研發出可用於人體關節軟骨修復的高強度水凝膠,在關節軟骨缺損修復模型中顯示,細胞/水凝膠複合體生成的新生軟骨能與宿主軟骨有效地整合。

換言之,人體對於該人工新生軟骨排斥性小,所以該水凝膠有望用於開發合適的支架材料,以構建軟骨組織,促進關節軟骨缺損的修復,為骨關節病患者帶來新希望。

責任編輯: 米婭