【探索32-7】心肌再生研究的美麗與哀愁：從基礎、轉譯到臨床之路
心臟是人類無法再生的器官之一，但在生物醫學與生物工程的交叉領域中，心肌再生的未來充滿希望。在本次演講中，謝清河教授以其醫學與生物工程雙重背景，深入剖析心肌再生研究的挑戰與突破，特別聚焦於iPSC誘導性多功能幹細胞技術的應用。他指出，通過基因轉殖激發心肌細胞的再生潛力，可有效修復受損心肌，甚至解決心臟移植供應不足的問題。謝教授的研究，不僅讓心肌修復成為可能，也為末期心衰竭患者帶來新希望，展現了從基礎到臨床應用的創新之路。
講者｜中央研究院生物醫學科學研究所 謝清河 特聘研究員
彙整、撰文｜何郁庭
心肌再生研究是當前醫療科技發展中的重要議題，本期探索講座演講特邀中央研究院生物醫學科學研究所特聘研究員謝清河教授，分享關於心肌再生領域研究的現況與成果。謝清河教授曾為心臟科醫師，後續在西雅圖的華盛頓大學取得生物工程博士學位，在醫學與生物工程的雙重背景下，他致力探討促進心肌細胞再生的技術，以因應現代心臟疾病的治療。
在「心肌再生研究的美麗與哀愁：從基礎、轉譯到臨床之路」演講中，謝清河教授將引領聽眾了解心肌再生研究的挑戰與機遇，並探索其未來發展的無限可能。
動脈硬化的原因與對心臟的嚴重影響
心臟是人體中少數無法再生的器官之一，同時也是最勤奮的器官，謝老師首先介紹了心肌細胞再生研究的背景和重要性，並在演講中提及，人類從胚胎發育的九週起，心臟就開始不斷跳動，直至生命終點。動脈硬化最主要的原因是老化與鈣化，謝教授舉3,000年前埃及公主木乃伊的x光影像，告訴聽眾動脈硬化並非今日才出現，只要人類繼續存在，動脈硬化的問題就會一直存在。
動脈硬化若發生在腦部，可能導致中風；如果是腿部動脈受影響，則可能引發間歇性跛行等症狀，它是全身性的疾病，並非僅出現於特定或單一器官。然而，動脈硬化若發生在供給心臟養分和氧氣的冠狀動脈，則會使血管變窄，讓心臟無法獲得足夠的血液供應，甚至導致心肌梗塞。
冠狀動脈硬化後，心臟為了努力將血液打到全身，心肌會逐漸產的變形，謝教授以籃球的壓力來比喻：「即使心臟受損，肌肉變薄，它依然持續收縮，這種壓力會導致心臟變形，就像我們小時候打籃球，球皮較薄的地方在壓力下逐漸突出，最終變形。」他說明，受損的心臟會經歷一個漫長的改變過程，最終變得異常巨大且形狀怪異，心肌變薄，功能大幅衰退。
對於這類末期心衰竭的病患，謝教授指出，心臟移植是目前唯一能挽救生命的方法。然而，他也指出，今日的臺灣每天約有200位病患等待心臟移植，但多數患者無法在五年內等到合適的心臟，即使人工心臟技術逐漸進步，能暫時延續患者的生命，但最終仍需解決心臟變形的根本問題。
讓心肌修復，成為恢復心臟功能的一項重要醫療發展方向。
心肌細胞恢復再生的能力
儘管哺乳類動物的心臟再生能力非常有限，但在一些低等動物中，心臟再生的能力卻遠超過人類。例如，壁虎在斷尾後不僅能再生尾巴，甚至當其心臟部分受損時，也能再生心臟。一些較為簡單的動物，如斑馬魚，也能夠在心臟受損後進行再生，科學家發現斑馬魚心臟被部分切除後，在幾個月內即能夠自行修復損傷，重新長出缺失的部分。
這種現象引發了科學家思考人類心臟再生的可能性，儘管人類無法像斑馬魚或壁虎那樣促使心臟再生，但通過研究這些低等動物的再生機制，科學家們希望能揭示出有助於人類再生心肌的潛在途徑。當斑馬魚的心肌被切除後，會引發局部的發炎反應，促使心臟中未受損的心肌細胞退回到更初始的「心臟幹細胞」狀態。
幹細胞具有兩個關鍵特性。第一，它們能夠不斷地自我複製，意味著一個幹細胞可以不斷分裂，生成更多的幹細胞。第二，幹細胞還能分化成為其他類型的細胞，例如神經細胞、肌肉細胞或心臟細胞。這種分化的能力是幹細胞的一大特徵，也是它們在再生過程中發揮作用的原因之一。斑馬魚的心臟幹細胞能夠通過這兩種特性，進行大規模的再生，最終恢復受損的心臟。
謝教授說明，雖然哺乳類動物無法擁有如斑馬魚般擁有優異的心肌再生能力，但研究人員卻發現，即使是年齡較大的老鼠，在心肌梗塞後，仍然有少量心肌細胞具備複製的潛力。雖然這種再生能力非常有限，僅占所有心肌細胞的極少數（例如每萬顆細胞中可能不到一顆有再生能力），但這表明，即使在成熟的動物體內，心肌再生的潛力仍然存在。
iPSC誘導性多功能幹細胞與心肌再生
2012年日本籍科學家山中伸彌以基因轉殖體細胞，使之退回如胚胎幹細胞的狀態，獲得諾貝爾生理醫學獎，該技術利用Oct3/4、Sox2、Klf4與c-Myc四個基因轉殖，使體細胞（如血液細胞）變成具有胚胎幹細胞特徵的細胞，這些細胞能夠分化成為人體內的各種細胞，如神經細胞、心臟細胞、肝臟細胞等。
謝清河教授提出，若要再生心肌細胞，不需要將心肌細胞完全退回幹細胞狀態，只要激發心肌細胞的再生能力，讓其恢復自我複製的功能，就可以達到修補心臟細胞的目標，而這種通過基因轉殖將普通細胞轉變為類似幹細胞的多潛能細胞的方法，正是誘導性多功能幹細胞（iPSC）技術。
iPSC技術應用在細胞治療的領域時，其中一個關鍵的挑戰是進行完美的基因匹配，這不僅關係到移植成功的機率，也決定治療後患者的生活品質。在謝清河教授的推動下，臺灣成立了「人類疾病誘導型多潛能幹細胞服務聯盟」，透過人類白血球抗原配對（HLA matching），找出具臺灣HLA代表性基因型之超級捐贈者iPSC及細胞庫。目前，細胞儲存庫共有2株「超級捐贈者」的細胞株，可以與臺灣13%人口完美配對，有效減少排斥反應，降低患者服用免疫抑制劑的風險。
為了驗證這些細胞在臨床應用中的潛力，研究者進行了大規模動物實驗。在小鼠實驗中，研究者將心肌細胞與血管內皮細胞一同注入，發現這種組合能顯著提高心臟的修復效果，甚至恢復心臟功能。另一項非人靈長類動物恆河猴的實驗中，發現同樣的細胞治療能夠在猴子的心臟中生長出人類心肌細胞，並有效改善心臟功能。更重要的是，這些細胞在猴子體內能夠與原有心肌細胞融合，實現同步收縮，減少心律不整的風險，顯示出這項技術在臨床應用中的可行性。
心肌再生研究的突破性進展，展示了從基礎研究到臨床應用的巨大潛力。本次演講謝教授深入剖析了心肌再生技術的挑戰與機遇，啟發人類再生心肌細胞的可能性。透過誘導性多功能幹細胞（iPSC）技術，與具有臺灣基因型特徵的iPSC細胞庫，心肌再生技術或將成為未來心臟病治療的新希望，為末期心衰竭患者提供全新的生命契機。
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