基因療法
基因療法是為了解決遺傳性落髮的一門更進步的技術。基因療法的程序是改變體內已存在的細胞基因,從而改變細胞功能。此為一項剛起步的醫學治療,至今只有一些基因治療的有效案例出現。但這是一項在未來有潛力並且值得探索的禿頭治療方法。
基因治療需要得知在什麼樣的遺傳醫學條件下,會在 DNA 的分子級( molecular level )上產生遺傳性落髮的基因,進而改造。配合基因治療,毛囊內的 二氫睪固酮( DHT)-敏感細胞可被改為二氫睪固酮-抵抗細胞,而毛囊會持續新生終身毛髮。但是基因治療包含了好幾個非常困難達成的步驟。第一步需要弄清楚DNA鏈上成千上萬,且要被改變的基因的特性,第二步是解析出那些要被改造的目標基因,因此才能夠依指示製造出輕微差異的蛋白質,以達到預期中的成果。第三步是將在有機生命體( living organism) 的標的細胞與新改造過的基因合併,做為舊有、且不適當的基因的替代。
基因認定
解析出基因中的基因遺傳條件進而改造,並不是一個簡單的任務。儘管近年來在繪製基因圖譜上有所提升,但是要了解大部分基因的作用,仍然是一條遙遠的路。我們確實對所有影響頭髮生長循環週期的基因不大了解,尤其是針對導致遺傳落髮的基因。最可能的是,許多負責製造蛋白質的基因,造成毛囊產生 二氫睪固酮( DHT)-敏感細胞。
未來的研究走向會對照基因與合成蛋白質在不同的單一毛囊中所產生的影響。在一位特定的雄性禿(型態性禿髮)患者的毛囊中,有些毛囊細胞 (後面頭皮的毛囊) 會出現 二氫睪固酮 -抵抗細胞的特性,同時其它的毛囊會出現二氫睪固酮-敏感細胞的特性。兩種毛囊有著相同DNA的細胞,但是他們卻呈現出不同的特性。所以要鑑別出 導致遺傳落髮的基因是很困難的。即使後來我們找出這些基因,也必需釐清該如何稍微地改變他們,讓他們能夠製造出可產生 二氫睪固酮 -抵抗細胞毛囊的蛋白質。科學家們一直以來都在 基因認定上尋求進步。
基因改造
一九九八年一月三十日 於「科學」( Science )期刊發表的論文、由 Angela Christiano 博士帶領的研究團隊指出,一個巴基斯坦的家族患有全身性無毛症的遺傳性禿髮罕見病症,因為影響毛髮生長的單一基因有缺陷,導致嬰兒剛出生便會掉落身上毛髮,並且再也不會長出來。出生後不久便影響個體,導致全身無毛。此基因稱為無毛基因,繪製在人體的染色體 8p21 ,也是第一個被證明因單一基因的缺陷而致使落髮的案例。 Christiano 謹慎地指出這只是鑑別影響落髮基因的第一步。(「科學」期刊, 一九九八年一月三十日 ,第兩百七十九卷,第五三五一號)
同年的 九月十一日 , Christiano 的團隊在「 美國人類基因學期刊」 ( American Journal of Human Genetics )上再度發表論文, Irish Travelers 的家族成員也有先天性無毛症,導致嬰兒剛出生便會掉落身上毛髮,並且再也不會長出來。針對 Irish Travelers 家族的基因分析顯現,無毛基因的突變成為落髮的主要條件,但無論如何,這個突變的基因與導致巴基斯坦家族的落髮基因不同。
根據 一九九八年十一月二十五日 ,由 Elaine Fuchs 博士帶領的研究團隊於「細胞」( Cell )期刊發表的論文中,他們用人工的方式在老鼠身上催生新的毛囊結構,從基因方面著手,建造出可不斷穩定製造 beta-catenin 蛋白質的狀態。 beta-catenin 是一種多功能的蛋白質,可表現出多樣的細胞功能,但通常在細胞中一旦被製造出來,便會很快地發生降解的情形。研究人員改變老鼠的基因,包括製造出不會被降解的 beta-catenin 蛋白質,讓 beta-catenin 在不斷的累積下,在一般老鼠的皮膚上產生大量的新生毛囊,遍及至本來就已有毛囊存在的區塊為止。最後,致使老鼠因 beta-catenin 的過度表現( over-expressing )而形成毛囊腫瘤( hair follicle tumors )。(一九九八年,芝加哥大學, Elaine Fuchs 發表)( Gat, Dermatology Focus 第十九卷,第二號,二○○○年夏季刊)
一九九九年十月發行的 臨床研究期刊( The Journal of Clinical Investigation ) ,由 Ronald Crystal MD 帶領的研究團隊,強迫老鼠的休眠期毛囊進入生長期,方法就是讓細胞暴露於比平時大量、且由 Sonic Hedgehog (縮寫為 Shh )基因製造的蛋白質。
這三個基因研究團隊所發表的論文中,可看出釐清遺傳落髮基因任務的複雜性,還有必需解析如何矯正分子級的狀態這項重要任務。在第一項研究中, Angela Christiano 的研究團體證明一個發生在兩種不同的案例中,同樣會造成所有毛髮掉落的基因。在第二項研究中,由 Elaine Fuchs 帶領的研究團隊改變基因,建造出與平常有著些微不同的蛋白質,來致使大量的新毛囊產生。第三項研究則顯示,增強細胞暴露於自然產生的蛋白質下的條件,可讓毛囊從休眠期轉換為生長期。當這些所有的基因以及他們各自的蛋白質,在毛囊中顯示出他們所扮演的角色時,他們同時也會影響到其它的細胞與身體的系統。因此基因是非常複雜的一門學問。
試想在未來的某一天我們真的可以對所有會影響遺傳性落髮的基因、基因內的蛋白質都瞭若指掌,也試想我們能決定要如何改變基因,那麼毛囊中的蛋白質便會製造出 二氫睪固酮 -抵抗細胞多於二氫睪固酮-敏感細胞,但是卻沒有任何負面的副作用。
改變活細胞與生物基因
基因療法的第三個挑戰就是將新改造過的基因殖入標的細胞,讓他們可以依新基因來製造對應的新蛋白質,然後被改變過的細胞就會呈現出我們預期中的特性。
矯正過的標的細胞關鍵性地促成這個成功的基因治療。如果被改變的是成熟細胞,在細胞減損且被帶有原始 DNA 的新細胞替代後,基因治療的效益就會功虧一簣。基於必需維持長久的療效,我們將幹細胞設為標的細胞。治療實施後,被矯正的幹細胞將會製造出被改造後的 暫時性增殖細胞( transient amplifying cells ),依序再產生出有著我們預期特性的細胞。
將改造基因轉殖的最普遍方法,就是將改造過的基因嵌入已壞損的病毒,再殖入標的細胞內。在實驗室之外,病毒是一種以病毒的 DNA 來取代部份的細胞 DNA 來感染細胞的微生物,被病毒感染後的細胞便會開始製造病毒的 DNA 指示的蛋白質,致使許多不同種類的疾病發生。科學家便利用病毒感染的這項途徑來殖入所需的 DNA 。
第一步,他們破壞病毒的 DNA ,讓它無法再生或無法產生有害的影響,但它仍然能將新的 DNA 殖入標的細胞中。將改造後的基因與病毒的 DNA 結合,病毒便可以將新的 DNA 殖入標的細胞內。直接把病毒注入幹細胞,或是在實驗室中培養出的幹細胞,內含新 DNA 的病毒即可改造它,然後被改造後的幹細胞就可以被放回生物體內了。
有許多基因療法尚需改進:解析基因、準確無誤地去改造基因以產生我們想要的蛋白質、避免病毒被注入生物體時發生免疫反應、取得足夠的標的細胞量來吸收改造後的 DNA (不管它是怎麼被殖入的),以及讓細胞顯現出已改造後的基因特性,一旦新的 DNA 被殖入,後續的工作會更複雜,但前置作業已經完成。