干细胞研究正在南非用于开发“培养皿中的疾病”模型，以修复导致夜盲、管状视野并最终导致失明的基因突变。
若研究取得成效，这些突变可通过一种称为基因编辑的过程加以修复，该过程在源自患者皮肤的干细胞中进行。这些干细胞被转化为受疾病损害的组织，在本例中即眼睛的视网膜。
这是理解突变如何导致疾病，以及修复细胞缺陷是否可能逆转“培养皿模型”中疾病进程的第一步。
尽管这些干细胞移植已在世界部分地区开展，但它们仍处于临床试验 阶段 ，地区为 北美。该研究是干细胞治疗领域最前沿的进展之一。
夜盲、管状视野和最终的视力损害是一种名为色素性视网膜炎的疾病的症状，该病是多种遗传性眼病（即视网膜退行性疾病）之一。
视网膜退行性疾病在全球每3500人中就有1例。但这类疾病在遗传和临床上都具有多样性，这是因为它们与280多个基因的突变有关。该类疾病可通过父母一方或双方代代相传，并且根据子女性别的不同，对其产生的影响也可能有所差异。至少50%的病例为散发性。
该病可能在没有其他临床表现的情况下发生，也可能作为另一种疾病的一部分出现，例如 Usher syndrome，此时还伴有听力损失。这与神经感觉或发育异常有关。它也可能由其他全身性疾病引起，例如某些类型的糖尿病。
理解该基因
我们的研究着眼于导致夜盲和周边视力丧失的一个基因的作用机制。了解该机制是设计任何疾病治疗方案的第一步。
我们于2004年鉴定的该基因（PRPRF8）参与体内蛋白质翻译相关机制的正常运作。该基因遍布全身，但在携带突变的人群中，它会导致视力受损。
理想情况下，为寻找治疗这种疾病（即导致夜盲和周边视力丧失的突变）的方法，我们应当研究患者的视网膜。但这种组织无法从活体获取。
这正是干细胞研究发挥作用之处。干细胞研究在“培养皿中的疾病”建模方面发挥了关键作用，可用于研究相关疾病，或营造环境以检验针对该疾病的治疗方法。一种疾病能否得到治疗，取决于对其基础生物学的理解。疾病建模使科学家能够在实验室中而非直接在患者身上探索疾病的运作方式。
培养皿中的疾病
疾病模型体现了特定疾病中人体的异常生物学特征。尽管小鼠曾被用于疾病建模，但研究人员正转向使用培养皿中的细胞，因为小鼠存在伦理限制，且无法完全模拟人类疾病。
干细胞有三种不同类型：成体干细胞、多能间充质干细胞和多能干细胞。
诱导多能干细胞是在实验室中经重编程、使其表现类似胚胎干细胞的成体干细胞。这些细胞可分化为多种组织类型，理论上可进而用于治疗各类疾病。
通过将诱导多能干细胞制成相关疾病的细胞模型，研究人员可以研究某些治疗方法对组织的影响，这可能包括基因编辑或基因治疗研究 体外。
我们研究的一部分采用干细胞技术，从患者或其未患病的兄弟姐妹身上获取易于获得的皮肤组织，然后将其培养为成纤维细胞系，这些细胞系可被重编程为诱导多能干细胞。
这些经重编程的干细胞与胚胎组织非常相似，随后具有分化为光感受器细胞和视网膜色素上皮细胞的潜力。
一旦获得光感受器细胞和视网膜色素上皮细胞，我们将进行全基因组基因表达分析。这是利用遗传指令产生基因产物（转录组）进行分析的过程。该分析将揭示突变的下游效应，并可能有助于理解为何视网膜细胞而非体内其他细胞、组织或器官会表现出该疾病。
该模型必须在体外再现疾病的某些方面。对于难以从患者身上获取病变组织的疾病（如视网膜疾病），这一点非常有用。
这是因为视网膜组织或眼部组织无法在患者生前获取。若患者死亡，则收集组织的时间窗口有限。使用“培养皿中的疾病”模型可消除这些弊端。
干细胞与基因矫正之间的联系
如果在“培养皿中的疾病”模型中通过名为基因编辑的技术矫正了突变，则意味着理论上可以将不含突变的已矫正基因移植到患者体内。
该技术为治疗遗传性疾病带来希望，方法是移植患者自身经基因矫正的人诱导多能干细胞。
基于干细胞的基因治疗和基因矫正的潜在益处包括：
无需进行免疫抑制；
能够产生无限量的源自患者、可用于移植的细胞；以及
能够对致病的遗传突变进行基因编辑。
在南非，研究人员正致力于基因编辑和干细胞技术研究。但目前这尚未进入临床试验或治疗阶段。
尽管一些国家已开展临床试验，但这类研究仍处于起步阶段，因为基于干细胞的基因治疗要进入临床应用，还需克服诸多障碍。
这些挑战包括确定此类治疗的安全性和有效性，因为目前尚不清楚长期结果。
培养皿中的患者特异性视网膜组织为我们开展精细的基因编辑工作提供了可能。虽然这可能带来逆转培养皿中细胞疾病的结果，但人们希望它能为我们长远目标——基于疾病的人体治疗方法——提供启示。
本文系与 The Conversation合作发表。阅读 原文。发表本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者： Stacey Moses，博士生，人类遗传学部， 开普敦大学 和 Raj Ramesar，教授兼人类遗传学部主任， 开普敦大学
图片：一名印度盲童在印度北部城市查谟的一所盲人学校上课。REUTERS/Amit Gupta (INDIA)
