神奇的胚胎幹細胞
人類胚胎幹細胞(human embryonic stem cells, hESC)具有高度的增生能力與分化成各式各樣細胞的潛能；包括心臟細胞，胰臟細胞，腎臟細胞，生殖細胞等等，都有可能由hESC 分化而來，以治療人類疾病。因此，hESC 在臨床上以細胞為基礎的治療（cell-based therapy）上，可能會有一定的角色。
自從1998 年全世界第一株人類胚胎幹細胞發表以來(Thomson J, Wisconcin University;Science 282:1145, 1998)，陸陸續續已有許多研究團隊，包括國內的數個機構建立了新的人類胚胎幹細胞細胞株。這些細胞株對於初期的研究提供了莫大的助益，但是由於這些人類胚胎幹細胞大部分是以小鼠的餵養細胞(murine embryonic fibroblast feeder cells, MEF)，配合胎牛血清(fetal bovine serum, FBS)所建立出來，因此在中期研發與遠程臨床應用上，都存有外來動物物質干擾的疑慮。因此建立一套無外來物（xeno-free）的人類胚胎幹細胞建立與培養系統，就顯得特別重要。
由於人類胚胎幹細胞培養中，所需要的基本成分組合是(1)餵養細胞（feeder cell）(2)血清或其替代物（serum or serum replacement）(3)生長因子或微量元素(4)細胞外基質(extracelluar matrix)等等，因此考量的重點也就需要朝這些物質或成份的改變著手。
外來物或動物成份的干擾
培養系統中含有動物或其他外來成份可能引發的問題包括：微生物的感染（例如retrovirus），引發免疫反應，動物DNA 是否會嵌入人類基因組，以及倫理層次的考量等。例如已有研究發現(Martin MJ, Nat Med 2005;11:1-5)，hESC 培養在FBS中一段時間，會表現與製造非人類的sialoprotein，這類蛋白在人類體內可能引起免疫反應，而導致移植的器官或組織遭到排斥。另外病原體的感染無疑也會嚴重威脅到移植的安全性。因此hESC 如果要能分化為可用於移植的細胞或組織，則以GMP(good manufacturing practice)的角度來看，外來物的干擾勢必要避免。
餵養細胞的選擇
小鼠的餵養細胞（MEF）可以維持相當良好的人類胚胎幹細胞未分化狀態，因此人類胚胎幹細胞可以一代接著一代不斷順利增加數目。不過基於前述理由，已有許多研究團隊嘗試使用人類細胞（包括胎兒包皮纖維母細胞，胎兒皮膚細胞，胎兒肌肉細胞，或甚至成人的肌肉細胞，成人輸卵管細胞，胎盤細胞，內膜細胞等等）為餵養細胞。
這些人類餵養細胞除了可以用來培養已建立的人類胚胎幹細胞細胞株之外，尤其也用以建立新的人類胚胎幹細胞，例如Hovatta O (Hum Reprod 2003;18:1404)使用人類胎兒包皮細胞已建立了許多株人類胚胎幹細胞。有數個團隊，包括中研院也使用人類胚胎幹細胞分化而來的纖維母細胞來當作餵養細胞，同樣有效。因此目前的大體趨勢是以人類餵養細胞來取代動物餵養細胞，不過理想上還需確保這些餵養細胞之建立必須是在xeno-free的情況之下而成。
血清的使用
前述使用人類餵養細胞的團隊，許多還是使用FBS，因此仍然無法完全免除動物物質之污染；所以後續進一步許多團對開始使用血清代替物（serum replacement, SR）例如Invitrogen 就有一種KO-SR 的產品，可以有效維持hESC未分化的狀態，而持續增長數目；另外也有已配製好的培養液如VitroHES medium，也是使用KO-SR 配合KO-DMEM 使用，不過使用的效果並不穩定，可能與培養液的傳輸與保存有一定相關性。不過KO-SR 仍然含有動物蛋白，並不完美。所以最理想情形還是要使用人類血清(human serum)，或是使用完全只含人類蛋白之血清取代品。除此之外，血清之使用必須從一開始建立hESC 時即符合標準，例如免疫手術(immunosurgery)過程中使用的抗血清(antiserum)與補體(guinea pig complement)也不能使用。
終極培養液
如果長遠考量人類胚胎幹細胞之臨床用途，除了需要純淨安全，且需能大量生產，則一種不需餵養細胞且內含成份完全清楚透明的培養液（也就是一種defined medium）就顯得特別重要。通常這種培養液需配合細胞外基質(extracellular matrix, ECM)的使用才能有效培育人類胚胎幹細胞。過去最常用的ECM 是XuC 團隊最早使用的Matrigel，配合來自小鼠餵養細胞之conditioned medium (Xu C et al. Nat Biotechnol 2001;19:971)，可以在沒有餵養細胞的情況下，維持hESC 的未分化與成長。不過Matrigel 的製造來自動物，因此許多研究團隊嘗試其他ECM 如fibronectin, laminin，也有新的產品如工研究的stematrix 等，但還需進一步測試。除了ECM之外，當然另一個重點是培養液本身到底應該含有什麼成份才能維持人類胚胎幹細胞的未分化狀態。這方面，最近國際上有新的發現，例如Ludwig 的團隊(Ludwig T, Nat Biotechnol 2006;24;185)，使用ECM （還是用Matrigel），不用feeder，而使用defined medium，內含bFGF，LiCl，GABA，pipecolic acid，TGFβ，而成功建立兩株hESC；可惜有一株的染色體是47,XXY，另一株原為正常，但經40 代之後變成trisomy12。因此顯然在defined medium 與ECM 方面還有許多改善的空間，這也是國內外對於人類胚胎幹細胞的培養的重點研究項目。對此，一些有關於分子層次與基因表現的基礎研究，就可以提供非常重要的資訊，例如基因晶片的應用就是其中的有效工具之一。
未來臨床應用的標準要求
可以想見人類胚胎幹細胞將來要能有效安全的應用於移植或再生醫學方面的治療，一定還需克服種種難關，包括前述細胞的培養，擴增，分化，移植，與避免排斥等等問題。這些問題的解決過程中，每一項流程都必須符合嚴格的標準，在歐盟對此已有初步規定(EU directive 2004/23/EC)：認為用於移植之人類胚胎幹細胞，在培養的過程中必須符合GMP 標準，其中包含的要求如記錄保存，消毒與無菌操作，合格的人員與器具，標準作業程序等等。相信在適當時機，國內也會有相關人類胚胎幹細胞的GMP規範出現，但是在此之前，研究者宜未雨綢繆，從實驗的第一步，設法改善所有流程，以符合未來的可能要求。
結語
一個臨床等級的人類胚胎幹細胞（株）意味著其將來的產物必須是從微生物，感染，基因，免疫等角度來檢視，都是達到適當的安全等級，例如GMP 的規範。以現階段的研究層次而言，這代表的是從高品質的IVF Lab 得到的安全胚胎、符合GMP 之hESC 建立、培養與分化，而人類餵養細胞之使用暫時還是需要，但須使用適當的血清替代物或人類血清，或一個defined medium。如此我們期待人類胚胎幹細胞之研發可以在將來由臨床等級的人類胚胎幹細胞層次，發展到真正可以用於臨床的治療的終極目標。
文章來源：生殖醫學新知 http://health.chinatimes.com/blog/infertility/index_at4159.html
