如何引导干细胞分裂与分化?

——人类永生工程论文之二

吴 志

 

【提要】这篇文章基本搞清了干细胞分裂分化的机制,为制造人体两百多种细胞和一百多种器官提供了理论依据,在战略上、根本上、理论上已经走通了,别人只需要进行战术研究、技术开发和产品制造。打个比方,我已告诉你景泰蓝制作方法了,你就一定能制作出景泰蓝,至于制作工艺你自己摸索就是了。

本文是人类永生工程核心论文之一,只要照本出招就能在二十年内制造出人体器官,起码能完成百分之八十的任务,这样多数器官都能制造和更换了,人类寿命可以延长一倍、几倍,再花十几年时间就基本实现人类永生了。如果有人认为《实现人类永生》是天方夜谭,那么现在就是稳步前进,目标接近,一片光明,天边已经亮了。

人体是一台自动化机器,这台机器是怎么运行的呢?人体有两百多种细胞,共计有40-60万亿个细胞,细胞是具有高度智慧的独立生命体,这意味着人体是细胞社会。人体社会的运行同人类社会一样,两百多种细胞等于有两百多个职业,各自做好本职工作,社会就运行起来了。

每种细胞都能执行特定任务,具有特定功能,是什么细胞就有什么功能,不用担心他们会不会工作,工作能力是否胜任。把某种细胞堆积在一起合力做功,就是器官、组织和系统了,堆成什么形状都可以,方的圆的扁的都行,都能合力做功。

了解这点很重要,就不会被器官、组织和系统的外形和结构吓傻了,也不会觉得很复杂了,只不过是相同零件的排列组合,排列组合是简单的,只是略有不同而已。就像电灯,无非是串联、并联和两者混合。芯片的排列组合也不复杂,只是把相同的晶体管排列组合而已,想实现一种功能,就排列组合出一个阵列;想实现千万种功能,就排列组合出千万个阵列,这样看起来似乎就很复杂了。

当然,神经、血管要像水系一样,骨骼要符合力学原理,肌肉要附着在骨骼周围,这样才能发挥出最大功能。胃、心、肝、肾、肺、脾的几何形状没有严格要求,占用体内空间较小为好,当然心脏要有几个腔室,才能回收血液和把血泵出去。眼、鼻、嘴、耳侧重于功能实现,外形和位置要有利于发挥功能,重新设计也是可以的。把各种零件像搭积木那样排列组合在一起,就是一个器官了。别说造出器官,把一个人造出来都可以,只需要一颗种子就行,即只需要一个干细胞。

干细胞可以从胚胎和胎儿提取,然后保存在液氮环境中,以后有需要时再提取出来使用;干细胞也可以通过成熟细胞逆制造获得,造出来就可以使用。每个人的器官、组织和系统都要用自体干细胞制造,这样才不会有排异反应。干细胞提取技术是简单的,干细胞逆制造技术已取得革命性的突破,在《实现人类永生》一文中已经有介绍了。

有了干细胞后,如何引导干细胞分裂和分化成人体两百多种细胞,并由形态相似、功能相同的细胞堆积成各种组织、器官和系统。这对人类来说是难度较大的课题,在科学上和技术上都是重大挑战。这期《国策咨文》已经从理论上解决了这个问题,一旦把窗户纸捅破,事情就变得简单了。

干细胞的分裂是自然发生的,只要是健全的、标准的干细胞,在特定环境下就会自然分裂,如果不发生分裂,需要查一下干细胞的内部结构和外部环境,重点查一下促进细胞分裂的酶是否存在或是否进入,这种酶能打开DNA结构,进行DNA复制,两条(组)DNA形成后,其他细胞物质就一分为二,形成两个细胞了。在这个过程序中,可能有物质制造或物质进入,或早就在细胞中准备好了。总之,只要一切条件具备,轰轰烈烈的细胞分裂就会开始。

按标准理论,一个细胞分裂成两个细胞,两个子细胞是一模一样的,子细胞同母细胞也是一模一样的。既然如此,为什么还会有细胞分化呢?显然,在分裂时两个子细胞不一样,物质不一样,结构不一样,才会有所不同,才会出现分化。每一次分裂或多次分裂都有所不同,两个分支差异就变大了,最后形成了两百多种细胞。

细胞种类不同,暗示器官不同、个体不同、人种不同、物种不同,都是在每次生育时发生了细小变化,最后演变成不同器官、个体、人种和物种。在这里,主要探讨为什么细胞不同、器官不同,其发生机制和根本原因在哪里,只要搞明白了,就能制造出两百多种细胞和一百多种器官,组织和系统也迎刃而解了。

 

原文大意是,干细胞分裂前,细胞的物质分布不均匀,比如notch-1numb两种蛋白质分布在上下两端。当细胞纵向分裂时,这两种蛋白质均匀分布在两个子细胞中;当细胞横向分裂时,这两种蛋白质就分别存在于两个子细胞中了。

现在我们分析一下,这里发生的重要事情是,在干细胞的某次分裂中,两个细胞的物质是有所不同的,关键的物质被分配到特定的细胞。这样就可以做出重要判断和结论:物质分配不同就意味着细胞分化,当某种酶(即催化剂,大多是蛋白质,有些是RNA,或两者配合起作用)进入某个子细胞时,就能刺激或抑制化学反应的发生。酶是细胞分裂时带来的,不排除是细胞分裂后进入的。确切地说,许多酶能刺激基因合成蛋白质(如解链酶),这样就形成各种各样的细胞了。细胞内的DNA是相同的,细胞的不同主要在于蛋白质不同,不同的蛋白质可以形成不同的结构和不同的功能,有的叫结构蛋白,有的叫功能蛋白。

按《生命是什么?》,DNA和蛋白质是细胞内两种基本生命体,在细胞这个生命舞台上表演的主要是蛋白质,如果把DNA视为负责繁殖后代的蚁后,那么蛋白质就是有明确分工的各种蚂蚁,如雄蚁、雌蚁、工蚁、兵蚁等。人有几个生命级别:人体、细胞、细胞核、线粒体、DNA和蛋白质。过去重视的是DNA,今后要更多关注蛋白质。

在引导细胞分裂和分化,制造器官、组织和系统中,人类面临两大任务:①搞清细胞内究竟有多少种蛋白质。按一个基因一种蛋白的说法,至少有两万多种,但有研究认为多达几十万种,各种蛋白质在细胞质中,也许可以自由组合,或在酶的作用下再次组合,只是把多肽链接长而已,这不是什么难事。一条多肽链一端与另一条多肽链一端有亲和力(正负电性)就能结合;一条多肽链与另一条肽链也能给合;一条多肽链与游离氨基酸也能给合。这是不用实验的,氨基酸组装蛋白质就是这样进行的,这样就形成无数种蛋白质了。②搞清各种蛋白质的功能。尤其扮演酶的蛋白质,非蛋白酶也要搞清结构和功能。这样就能引导干细胞分裂和分化了,也能制造器官、组织和系统了。这是继人类基因组测序工程之后,人类面临的两大任务,可以由中国科学家牵头来做这个大工程。

上面几段话很重要,根据这些话就能制造出人体两百多种细胞,各种细胞的集合体就是器官、组织和系统了。只要由特定细胞组成,就具有特定功能。假如干细胞不能完成分化任务呢?人工可以帮一把,把特定物质扒拉到特定的子细胞就成。假如想要大量的某个阶段的干细胞呢?控制不让分化,两个子细胞分配相同物质,直到获得想要的数量,再让干细胞继续分化。当然,细胞分裂代数是有限的,分裂五十代就停止分裂,因此要尽量控制分裂代数。将来细胞也是永生的,不受分裂代数限制。

 

卵子受精后不久就开始分裂和分化了,在胎儿出生时已经是五脏俱全、比较完善的人了,这个过程人类还不太清楚。推动力量是什么?过去认为是上帝,《生命是什么?》认为是细胞,确切说是由胚胎和胎儿细胞推动的,因为细胞具有高度智慧,他们有能力按照蓝图施工,最终把人造出来,就像蚂蚁造出蚁穴,蜜蜂造出蜂巢一样。从一个受精卵发展到一个婴儿,有很多次分裂和分化,其化学机制人类仍然搞不清楚。

要搞清干细胞分裂和分化的机制,主要是搞清每一个环节有什么化学反应,这些化学反应是怎么启动和终止的?参与物、催化物和生成物是什么?是不是释放某种催化物就启动某种化学反应?弄清了各种化学反应,以及发生、发展和终止机制,这些都是《生命是什么?》提出的任务,但十七年过去了,没有多少科学家往这个方向努力。

其实也不难,在干细胞分裂和分化的某个阶段,观察其内部的化学反应就行了,主要是查找参与物、催化物和生成物。也可以从细胞内储备的物质来分析判断,某个阶段储备什么物质最多,这些物质就是用来发生化学反应的。只要弄清上述问题,人类就可以随心所欲实施细胞工程了,就能随意制造出人体的两百多种细胞,这样造胃、造肝、造肺、造肾、造脾、造肠、造肌肉、造血管、造神经等就不是问题了。

首先搞清干细胞内的化学成分,然后在干细胞分裂完成后,把两个子细胞提取出来,冷冻保存,通过冷冻电镜观察两个子细胞中的成分,找出不同物质,尤其是蛋白质。逐级分裂,逐级分化,一级级观察下去,就能搞清每次分裂和分化有什么物质参与,并推导出发生了哪些化学反应。

 

人类不要把问题想得太复杂,其道理就像炒菜一样。中国菜有几千种或一万多种,都是怎么烹制出来的呢?无非是原料、刀工、配料、火候和时间有所不同,于是就烹制出各种菜肴了。在哪个节点往锅里放什么,然后翻炒多长时间,如此这般,四轮五轮,差不多了就起锅,一碟菜就炒好了。人体两百多种细胞的来源道理相同,细胞就是一个炉灶,在这个炉灶中有很多种化学反应,不同的反应物、催化物得到不同的生成物,通过一个又一个化学反应,最终得到想要的生成物——专业细胞,然后由专业细胞聚集构成组织、器官和系统。

比如,要把一个干细胞发育成肝细胞和肝脏,主要是掌握好在什么节点添加什么反应物和催化物,存在的就不管,欠缺的就添加。相关化学反应完成后,再添加另一种反应物和催化剂,形成下一个化学反应,依此类推,直到造出肝细胞和肝脏。投入反应物和催化物越多,细胞分裂越多,得到的肝细胞也越多,聚集在一起就是肝脏了。

肝细胞聚集在一起就会发挥同样的功能,形成合力,也就是肝功能了——物质代谢、解毒排毒和分泌胆汁等。肝的造型不重要,不影响功能,圆的方的扁的都可以,为了更好塞进肚子里,还是做成人肝形较好,其他器官也同样道理。一旦把肾细胞和肾造出来,肾细胞和肾天生会过滤血液,滤出垃圾排出,截留有用物质回收。

器官造型的基本方法。我们说器官造型不重要,只是说器官形状不重要,是为了让大家不要被器官造型吓倒,但人体器官是有特定造型的,要让新器官替代旧器官,还是要做成旧器官的模样,才好塞进人体之内,做得不那么像也没关系。以下是几个要点:

第一,干细胞是有智慧的,赋予它什么任务它就发育成什么形状,这是它的本能。在胎儿发育过程中,某个干细胞被派去发育成某个器官,是自动完成的,没有外力的协助。

第二,在体外培育器官,要有一个模具。以原有器官为蓝图,限定其外部造型。干细胞的发育离不开特定的环境,有什么环境就发育成什么形状。你把一个西瓜限制在方框之内,这个西瓜就发育成方形的。人的成长和器官的发育也是一样的。内腔提供给干细胞什么形状的空间,内脏就有什么造型。

第三,在体外培育器官,要有一个支架。干细胞的发育离不开附着物,皮之不存,毛将焉附?要让干细胞附着在支架上生长,这样才好长出腔室和管道。比如心脏要有腔室,肺脏要有管道。如果干细胞不能自动完成器官制造,那就得依靠模具和支架帮助,人工干预是有前提的,能不做就不做,多一事不如少一事。

第四,要打造一个适合器官发育的环境。或模拟子宫环境,或浸泡在营养液中,或用人造血管输送营养,或定时“浇水施肥”,确保细胞的分裂和分化。

在人类永生工程的研究中,中国已经落在西方后面,确切说在科学上走在了前面(《生命是什么?》和系列国宝级科学论文),在技术上落在了后面。国内多数学者看不到、看不懂或不重视划时代的科学著作《生命是什么?》和系列国宝级科学论文,没有跟在科学的后面进行技术研究和产品开发。说多了又说自恋自吹自捧,不说吧又无人注意,无人重视,中国文化就是这样的了,谦虚才会捧你,自吹就会打压。我又不争名誉地位,自我表扬几句只是为了引起重视。其实,没必要关注科研成果以外的东西,实事求是,实话直说才是重要的。更严重的是,国内多数学者看不清科学技术发展的大方向,接触到什么研究什么,对什么感兴趣研究什么,但什么事都有轻重缓急,科学技术也是这样,你种芝麻只会得到芝麻,你种西瓜就会得到西瓜。

器官制造不是凭空想象出来的,有科学家已经走出了第一步,虽然他们是盯着眼前治疗,没有想过人类永生,但有些事情他们已经在无意中提前做了(见下图)。

 

如果提供类似子宫的外部环境,相信上述人造心脏会发育得像胎儿心脏那样。仿造一个子宫是简单的事,子宫有什么物质就配给什么物质,有什么温度营造什么温度,甚至连子宫的结构也模仿出来,这样受精卵就能发育成胎儿样了。器官只是胎儿的一部分,制造器官比制造人更简单。

什么细胞具有什么功能,这是细胞本能,本能的东西是不用教的,由细胞的化学成分和物理结构决定。比如,神经细胞很长,有的长达一米以上,就是用来导电的,电流从一端进来,从另一端出去,天生就是这样的,这是由物理性质决定的。比如,胃细胞内的物质,决定了它能分解营养,并往肠道输送;肝细胞内的物质,决定了它能分解毒素,如分解酒精等。这是由化学性质决定的。

 

我们把细胞分裂分化形容为炒菜,说不定在实验室也能实现自动化,只要给干细胞提供特定环境,它们就能自行分裂分化,形成特定的器官、组织和系统。就像有一台自动炒菜机,只需准备好原料配料,就能自动给你炒出你想要的菜肴。

在人类永生工程中,得有战略科学家确定大方向、大目标、大任务,然后由各种战术科学家和工程技术专家在大战略的指引下,分工和专攻某件事,无数人形成合力,这样才有高效率,才有可能取得成功。现在的情况是,各种科学家各自为战,接触到某个分子就研究某个分子,研究出其成分、结构或功能,写成论文发表就算完成任务了,就是世界顶尖科学家了,就等着拿诺贝尔奖了。

目光短浅,视野狭小,只见树叶,不见树木,不见森林,你研究你的鸡毛,我研究我的蒜皮,东一锄头西一棒,这样的研究路漫漫其修远兮,再过五百年也不能修成正果。就像民国时期的各路军阀,占地为王,偏安一隅,都没有长远打算,只有国民党军和共产党军的目标是拿下整个中国,这样才能真正干成一件大事。这两支军队都有灵魂,这两个灵魂就是国民党和共产党。科学技术也要有灵魂,灵魂主要体现在科技战略上。

如果国内生命科学家和工程技术专家认为人类永生工程是天方夜谭,这就是重大误判了,必然导致麻木不仁和行动迟缓。必须大梦初醒,奋起直追。其他科学技术人员可以不懂,可以讥笑,可以冷观,那是他们的事,他们不负有责任和义务,他们可以坐享其成。

 

                                                                       2022年127



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