幹細胞研究之必要性

第一項 幹細胞之介紹

所謂幹細胞(stem cell)，是指一種尚未達到分化途徑終點的細胞，它可以經培 養過程無限地增殖與分裂，並可分化成特定組織細胞，在細胞生物學階段屬於較 原始期階段之細胞³⁰。具有這種特性的細胞，根據其取得來源大致又可分成胚胎幹 細胞（embryonic stem cells, 以下簡稱ESCs）、胚胎生殖細胞（embryonic germ cells, 以下簡稱EGCs）及成體幹細胞（adult stem cells, 以下簡稱ASCs）三大類，分述如 下：

第一款 胚胎幹細胞（ESCs）

所謂胚胎幹細胞是指，從哺乳類早期胚胎中分離出來，可在試管中無限、無 差別性增殖的一種細胞³¹。而人類胚胎幹細胞³²更精確一點說，就是自受精後的早 期胚胎發育（4-7天）至囊胚（blastocyst）時之內細胞群（inner cell mass）中所分 離而培養，具有自我增生複製（self-renew）能力，而可分化成各種細胞、組織或 器官之細胞。一九九八年最早分離出人類胚胎幹細胞³³的美國威斯康辛大學

（University of Wisconsin）James Thomson博士³⁴，從已分裂成約140個細胞的原始 囊胚體(blastocyst)³⁵內之內細胞團細胞加以分離培養，成功得到5個細胞株（cell

30 ROBERT LANZAET AL.,ESSENTIALS OF STEM CELL BIOLOGY xxiii (Elsevier 2006)；黃效民，〈幹細胞 之研究與應用〉，《國家衛生研究院簡訊》，第六卷第四期，頁6(2001)。

31 原文：「Embryonic stem (ES) cells are derived from totipotent cells of the early mammalian embryo and are capable of unlimited, undifferentiatedproliferation in vitro.」See James A. Thomson, et al, Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts, SCIENCE 282 :1145(1998).

32 人類胚胎幹細胞之其他基本特性：“we proposed that the essential characteristicsof primate ES cells should include (i) derivation from the preimplantationor periimplantation embryo, (ii) prolonged undifferentiated proliferation,and (iii) stable developmental potential to form derivatives ofall three embryonic germ layers even after prolonged culture.” Id.

33 胚胎幹細胞最早是在 1981 年由兩個研究團隊分別從老鼠體內分離出來，自此，老鼠胚胎幹細胞 便成為生物醫學最主要之研究材料來源。之後科學家發現胚胎幹細胞具有修復老鼠體內壞損組 織之功能，於老鼠身上實驗成功可治療的疾病包括心肌梗塞、重度免疫不全、糖尿病、巴金森 氏症等。See M.J. Evans et al., Establishment in Culture of Pluripotential Cells from Mouse Embryos, 292 N^ATURE 154 (1981); Suzanne Kadereit et al, Stem Cell Research and Human Cloning: Where Do We Draw the Line? An Overview of Stem Cell Research, 39 NEW ENG. L. REV. 607(2005).

34 Thomson, et al, supra note 31, at 1145-1147.

35 有關 Blastocyst 定義，參美國國家衛生研究院幹細胞資訊網站：「A preimplantation embryo of about

line）³⁶，³⁷可持續培養、分裂形成三個胚層的組織³⁸。胚胎幹細胞（ESCs）雖然保 有分化成全身各種組織的能力，卻缺少長成胎盤的細胞，因此並沒有在子宮著床 的能力，無法再植入子宮長成胎兒，在功能上屬於多能性幹細胞(pluripotent stem cells)³⁹，有別於全能性幹細胞(totipotent stem cells)⁴⁰。

第二款 胚胎生殖細胞（EGCs）

胚胎生殖細胞（EGCs）是指分離自受精後約五至九週時之胚胎的原始生殖細 胞（primordal germ cell, 以下簡稱PGCs）⁴¹，而在特定條件下加以培養，使其增殖 所得之細胞。原始生殖細胞除可維持未分化狀態而大量增殖培養外，所形成的類

150 cells produced by cell division following fertilization. The blastocyst is a sphere made up of an outer layer of cells (the trophoblast), a fluid-filled cavity (the blastocoel), and a cluster of cells on the interior (the inner cell mass).」。內細胞層定義：「The cluster of cells inside the blastocyst. These cells give rise to the embryo and ultimately the fetus. The ICM cells are used to generate embryonic stem cells.」(NIH stem cell information http://stemcells.nih.gov/info/basics/defau ltpage.asp) (最後點閱時 間：2008 年 6 月 5 日)。

36 於註解 27 中提到，本研究取得之受精卵乃由不孕症治療時製備而剩餘之胚胎。See Thomson et al, supra note 31, at 1145-1147.

37 Cell Line 是將細胞添加某些物質使之突變，成為不會細胞凋亡的細胞株。正常細胞(可稱為 primary cell culture)經過多次細胞分裂之後會細胞會給予自己一個自殺的指令稱為細胞凋亡，所 以cell line 變成經過數代細胞分裂之後仍不會自殺的細胞株，適合用於藥物實驗及相關研究，其 生物特性類似於癌細胞，然而仍有程度上的差別。SeeNEIL A.CAMPBELL ET AL, ESSENTIAL BIOLOGY WITH PHYSIOLOGY, 126-127, 208-212(Benjamin Cummings, 6th ed.2004).

38 此 5 個細胞株除具有正常的染色體型(normal chromosome karyotype)、高表現的端粒脢活性(端粒 酶為本身攜有模板的DNA 聚合酶，細胞能藉此用以修復細胞分裂過程中逐漸縮短的染色體端粒 (telomer)，而能保持長生不死)，和細胞表面標誌(cell surface markers)外，亦可進行分化，形成三 個胚層的組織(embryonic germ layers)，即外胚層(將來發育成為神經系統)、中胚層(將來發育成為 骨骼、血液、肌肉等)和內胚層(將來發育成為內臟器官)。See Thomson et al, supra note 31, at 1145-1147.

39 John Gearhart, Cell Biology: New Potential for Human Embryonic Stem Cells, SCIENCE

282:1061-1062(1998).

40 依幹細胞可分化之能力限制，幹細胞又可分為全能性幹細胞(totipotent stem cells)、多能性幹細胞 (pluripotent stem cells)及複效性幹細胞（multipotent stem cell），茲分述如下：

（一）全能性幹細胞(totipotent stem cells)：totipotent 一字乃指具有完全能力的，totipotent stem ells 每一細胞均有能力可發育成一完整的生物個體。在生物發育學裡，當精子和卵子結合成為受精 卵後，一個受精卵分裂至八細胞時期，其中任何一個細胞單獨放入成熟女性子宮中均可發育成 為單獨且完整之個體，此種細胞即稱為totipotent stem cells。

（二）多能性幹細胞(pluripotent stem cells)：pluripotent 一字乃指具有能力的，但有部份限制。多 能性幹細胞有部份之缺失，故不能發育成為完整之生物個體。在囊胚（blastocyst）時期，細胞 已可被區分成外層之滋養層細胞(trophoblast cells)和內層之內細胞團(inner cell mass)，中間具有 一個囊腔。滋養層細胞將來和子宮壁結合發育成為胎盤，供應胚胎發育所需之營養。內細胞團 則發育成為真正人體的所有組織和器官。

（三）複效性幹細胞（multipotent stem cells）：複效型幹細胞在胎兒形成的過程中會進一步的分 化成具有特定功能的另一種幹細胞，傳統上認為成體幹細胞即屬於此類。例如血液幹細胞 (hematopoitent stem cells)、神經幹細胞(neural stem cells)、皮膚幹細胞(skin stem cells)等。這些特 定之幹細胞僅能發育成為特定組織之分化細胞(end-differentiation cells or terminal cells)，例如血液 幹細胞除可不斷分裂成為相同之血液幹細胞外，亦可接受不同刺激分化成為骨髓母細胞，骨髓母 細胞則可進一步分化成為紅血球、血小板等。NIH stem cell information

http://stemcells.nih.gov/info/basics/defau ltpage.asp (最後點閱時間：2008 年 6 月 5 日)。

41 L^{ANZAET AL}.,supra note 30, at 4.

胚胎體可進一步形成許多種不同的組織細胞，如神經細胞、血管內皮細胞、肌肉 細胞等，同樣為多能性幹細胞的一種類型，首度由美國約翰霍普金斯大學

（University of Johns Hopkins）的John Gearhart博士在一九九八年由人工流產胚胎 的組織中，分離篩選。此種原始生殖細胞尚未進行減數分裂(meiosis)⁴²，具有完整 的雙套染色體(diploid)，於特定培養基成份下可不斷分裂，亦可接受不同刺激而發

第一次減數分裂（first meiotic division）：此次分裂中，染色體數目減半並產生互換，在特定動 物中有大量DNA 和蛋白質的合成。於前期同源染色體發生配對，在後期經分離而從雙套減少為 單套。同源染色體是成對的染色體，各自由父母遺傳。在這個階段，他們是兩倍染色分體的染 色體。在第一減數分裂分裂結朿時，形成(次級精母細胞或次級卵母細胞)的每個新細胞有單套數 的染色盤(兩倍染色分體染色體)，也就是說，為先前細胞染色體數目的一半(初級精母細胞或初 級卵母細胞)。第二次減數分裂：經第一次減數分裂所產生的兩個子細胞的染色體，在第二次分 裂中期(metaphase II)經紡綞絲作用排列在細胞中央。第二次分裂後期(anaphase II)，經複製的二 姊妹染色分體分離移至細胞兩端。第二次分裂末期(telophase II)，核膜形成產生四個單套的配子

43 傳統上認為成體幹細胞功能不同於全能性幹細胞(totipotent stem cells)和多能性幹細胞

(pluripotent stem cells)，屬於複效性幹細胞（multipotent stem cell），但哈佛大學幹細胞研究所的 研究人員首度把成年人正常皮膚轉變成幹細胞，不必像過去一樣使用人類卵子，或在過程產生 新胚胎。研究人員利用實驗室培育的人類胚胎幹細胞，「改編」(reprogram)某人皮膚細胞的基因，

使皮膚細胞變成胚胎幹細胞。這項新技術還在初期的研究階段，如果後續研究證明它的實用價 值，將有助於迴避有人類胚胎幹細胞研究的社會及道德爭議。研究報告將透過「Science」期刑 發表，不過該期刊網站8 月 21 日已率先刊登。此研究顯示成體幹細胞（adult stem cell）可能具 有多能性幹細胞(pluripotent stem cells)之功能。

第一款 幹細胞之醫療應用

幹細胞在醫療應用上究竟有何潛力，為何會受到如此的重視？其優點乃基於 幹細胞可經培養過程無限地增殖與分裂週期大量增殖，並可分化成特定組織細 胞。其潛在的功能可能有以下數種：

第一目 再生醫療（Regenerative Medicine）

所謂「再生醫療」⁴⁴（Regenerative Medicine），係指利用細胞（包括已分 化細胞及幹細胞）所培育出的特定組織與細胞來修復器官或治療疾病。許多 程」(Tissue Engineering)。

所謂「細胞治療」是指利用注射幹細胞之方式，到達患者損壞的組織或 器官，和該組織或器官結合使其產生再生的作用⁴⁷。人體器官，如心臟、腦、

脊髓等再生能力極弱，如有損壞將幹細胞植入壞死組織，則可進行組織更新 (regeneration)、修補(repair)。目前已有人體臨床醫療實驗顯示心肌損壞⁴⁸的病 例中，植入幹細胞並藉由血液循環到達患部⁴⁹，新的細胞會因注入幹細胞而逐

44 於 1970 年代末葉起，再生醫療之研究已被展開，其主要集中於皮膚的再生。詳參黃三榮，〈再 生醫療（Regenerative Medicine）與法律〉，《萬國法律》，第一百二十四期，頁 38(2002)。有關再 生醫療定義：「Regenerative medicine—A treatment in which stem cells are induced to differentiate into the specific cell type required to repair damaged or destroyed cell populations or tissues.」NIH stem cell information http://stemcells.nih.gov/info/basics/defau ltpage.asp (最後點閱時間：2008 年 6 月5 日)。

http://www.torsc.org.tw/ (最後點閱時間：2007 年 11 月 26 日)。

46 彭瓊芳，〈幹細胞移植與管理〉，《律師雜誌》，第二百八十五期，頁 65(2003)。

47 細胞療法(Cell therapy，又稱 Cell-based therapies)，其定義：「Treatment in which stem cells are induced to differentiate into the specific cell type required to repair damaged or destroyed cells or tissues.」NIH stem cell information http://stemcells.nih.gov/info/basics/defau ltpage.asp (最後點閱時 間：2008 年 6 月 5 日)。

48 Strauer BE et al., Repair of Infarcted Myocardium by Autologous Intracoronoary Mononuclear Bone Marrow Cell Transplantation in Humans, CIRCULATION 106: 1913 -1918(2002); Rosenthal N., Prometheus’ Vulture and the Stem Cell Promise., NEJM 349:267-274.(2003).

http://www.fda.gov/Cber/genetherapy/celltherapyheart.htm last visited 2008.1.29

49 Jensen GS et al, The use of in situ bone marrow stem cells for the treatment of various degenerative

漸長出，並改善機能。所謂的「組織工程」⁵⁰，即是整合細胞學、生醫材料、

生化學等多項科學應用，製備具有功能之組織或器官，以修復因疾病、創傷 或老化而損壞的組織或器官⁵¹。而利用組織工程的優點是病人復原良好，減少 手術次數，改善病人生活品質。幹細胞因有發育成特定組織或器官的潛力，

因此可能成為人造器官、組織的來源。

第二目 藥理研究及新藥開發

利用人類幹細胞或其衍生的組織、器官測試各種藥物的藥效，不但比昂

利用人類幹細胞或其衍生的組織、器官測試各種藥物的藥效，不但比昂