幹細胞

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細胞(stem cells, SC)是一類具有自我複製能力(self-renewing)的多潛能細胞,在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞。根據幹細胞所處的發育階段分為胚胎幹細胞(embryonic stem cell,ES細胞)和成體幹細胞(somatic stem cell)。根據幹細胞的發育潛能分為三類:全能幹細胞(totipotent stem cell,TSC)、多能幹細胞(pluripotent stem cell)和單能幹細胞(unipotent stem cell)。幹細胞(Stem Cell)是一種未充分分化,尚不成熟的細胞,具有再生各種組織器官人體的潛在功能,醫學界稱為「萬用細胞」。

  

簡介

  幹細胞即為起源細胞。簡單來講,它是一類具有多向分化潛能和自我複製能力的原始的未分化細胞,是形成哺乳類動物的各組織器官的原始細胞。幹細胞在形態上具有共性,通常呈圓形或橢圓形,細胞體積小,核相對較大,細胞核多為常染色質,並具有較高的端粒酶活性。幹細胞可分為胚胎幹細胞和成體幹細胞。   胚胎幹細胞(Embrtibuc stem cell)的發育等級較高,是全能幹細胞(Totipotent stem cell)

幹細胞(1張)  ,而成體幹細胞的發育等級較低,是多能幹細胞或單能幹細胞。據文獻報導幹細胞是一類具有自我更新和分化潛能並保持未分化狀態的細胞。它包括胚胎幹細胞和成體幹細胞。幹細胞的發育受多種內在機制和微環境因素的影響。目前人類胚胎幹細胞已可成功地在體外培養。最新研究發現,成體幹細胞可以橫向分化為其他類型的細胞和組織,為幹細胞的廣泛應用提供了基礎。   在胚胎的發生髮育中,單個XX卵可以分裂發育為多細胞的組織或器官。在成年動物中,正常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復再生。胚胎的分化形成和成體組織的再生是幹細胞進一步分化的結果。胚胎幹細胞是全能的,具有分化為幾乎全部組織和器官的能力。而成體組織或器官內的幹細胞一般認為具有組織特異性,只能分化成特定的細胞或組織。   然而,這個觀點目前受到了挑戰。   最新的研究表明,組織特異性幹細胞同樣具有分化成其他細胞或組織的潛能,這為幹細胞的應用開創了更廣泛的空間。   幹細胞具有自我更新複製的能力(Self-renewing),能夠產生高度分化的功能細胞。

胚胎幹細胞

  胚胎幹細胞(Embryonic Stem cell,ES細胞)。   胚胎幹細胞當XX卵分裂發育成囊胚時,內層細胞團(Inner Cell Mass)的細胞即為胚胎幹細胞。胚胎幹細胞具有全能性,可以自我更新並具有分化為體內所有組織的能力。早在1970年Martin Evans已從小鼠分離出胚胎幹細胞並在體外進行培養。而人的胚胎幹細胞的體外培養直到最近才獲得成功。   進一步說,胚胎幹細胞(ES細胞)是一種高度未分化細胞。它具有發育的全能性,能分化出成體動物的所有組織和器官,包括XX細胞。研究和利用ES細胞是當前生物工程領域的核心問題之一。ES細胞的研究可追溯到上世紀五十年代,由於畸胎瘤幹細胞(EC細胞)的發現開始了ES細胞的生物學研究歷程。   目前許多研究工作都是以小鼠ES細胞為研究對象展開的,如:德美醫學小組在去年成功的向試驗鼠體內移植了由ES細胞培養出的神經膠質細胞。此後,密蘇里的研究人員通過鼠胚細胞移植技術,使癱瘓的貓恢復了部分肢體活動能力。隨著ES細胞的研究日益深入,生命科學家對人類ES細胞的了解邁入了一個新的階段。在98年末,兩個研究小組成功的培養出人類ES細胞,保持了ES細胞分化為各種體細胞的全能性。這樣就使科學家利用人類ES細胞治療各種疾病成為可能。然而,人類ES 細胞的研究工作引起了全世界範圍內的很大爭議,出於社會倫理學方面的原因,有些國家甚至明令禁止進行人類ES細胞研究。無論從基礎研究角度來講還是從臨床應用方面來看,人類ES細胞帶給人類的益處遠遠大於在倫理方面可能造成的負面影響,因此要求展開人類ES細胞研究的呼聲也一浪高似一浪。

成體幹細胞

  成年動物的許多組織和器官,比如表皮造血系統,具有修復和再生的能力。成體幹細胞在其中起著關鍵的作用。在特定條件下,成體幹細胞或者產生新的幹細胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能細胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動態平衡。過去認為成體幹細胞主要包括上皮幹細胞和造血幹細胞。最近研究表明,以往認為不能再生的神經組織仍然包含神經幹細胞,說明成體幹細胞普遍存在,問題是如何尋找和分離各種組織特異性幹細胞。成體幹細胞經常位於特定的微環境中。微環境中的間質細胞能夠產生一系列生長因子配體,與幹細胞相互作用,控制幹細胞的更新和分化。

造血幹細胞

  造血幹細胞是體內各種血細胞的唯一來源,它主要存在於骨髓外周血臍帶血中、胎盤組織中。今年年初,協和醫大血液研究所的龐文新又在肌肉組織中發現了具有造血潛能的幹細胞。造血幹細胞的移植是治療血液系統疾病、先天遺傳疾病以及多發性和轉移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。   在臨床治療中,造血幹細胞應用較早,在20世紀五十年代,臨床上就開始應用骨髓移植(BMT)方法來治療血液系統疾病。到八十年代末,外周血幹細胞移植(PBSCT)技術逐漸推廣開來,絕大多數為自體外周血幹細胞移植(APBSCT),在提高治療有效率和縮短療程方面優於常規治療,且效果令人滿意。與兩者相比,臍血幹細胞移植的長處在於無來源的限制,對HLA配型要求不高,不易受病毒或腫瘤的污染。   在今年初,東北地區首例臍血幹細胞移植成功,又為中國造血幹細胞移植技術注入新的活力。隨著臍血幹細胞移植技術的不斷完善,它可能會代替目前APBSCT的地位,為全世界更多的血液病及惡性腫瘤的患者帶來福音。

神經幹細胞

  神經幹細胞關於神經干細胞研究起步較晚,由於分離神經幹細胞所需的胎兒腦組織較難取材,加之胚胎細胞研究的爭議尚未平息,神經幹細胞的研究仍處於初級階段。理論上講,任何一種中樞神經系統疾病都可歸結為神經幹細胞功能的紊亂。腦和脊髓由於血腦屏障的存在使之在幹細胞移植到中樞神經系統后不會產生免疫排斥反應,如:給帕金森氏綜合症患者的腦內移植含有多巴胺生成細胞的神經幹細胞,可治愈部分患者癥狀。除此之外,神經幹細胞的功能還可延伸到藥物檢測方面,對判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。實際上,到目前為止,人們對幹細胞的了解仍存在許多盲區。2000年年初美國研究人員無意中發現在胰腺中存有幹細胞;加拿大研究人員在人、鼠、牛的視網膜中發現了始終處於「休眠狀態的幹細胞」;有些科學家證實骨髓幹細胞可發育成肝細胞,腦幹細胞可發育成血細胞。   隨著幹細胞研究領域向深度和廣度不斷擴展,人們對幹細胞的了解也將更加全面。21世紀是生命科學的時代,也是為人類的健康長壽創造世界奇跡的時代,幹細胞的應用將有廣闊前景。

肌肉乾細胞

  肌細胞(myoblasts)可發育分化為成肌細胞(myocytes),後者可互相融合成為多核的肌纖維,形成骨骼肌最基本的結構。

骨髓間充質幹細胞

  骨髓間充質幹細胞(mesenchymal stem cells,MSC)是幹細胞家族的重要成員,來源於發育早期的中胚層和外胚層。MSC最初在骨髓中發現,因其具有多向分化潛能、造血支持和促進幹細胞植入、免疫調控和自我複製等特點而日益受到人們的關注。如間充質幹細胞在體內或體外特定的誘導條件下,可分化為脂肪、骨、軟骨、肌肉、肌腱韌帶、神經、肝、心肌、內皮等多種組織細胞,連續傳代培養和冷凍保存后仍具有多向分化潛能,可作為理想種子細胞用於衰老和病變引起的組織器官損傷修復。骨髓間充質幹細胞由於其來源廣泛,易於分離培養,並且具有較強的分化潛能和可自體移植等優點,越來越受到學者們的青睞,被認為是不久即將被引入臨床治療的最優幹細胞。   骨髓間充質幹細胞具有如下的優點:   一.具有強大的增殖能力和多向分化潛能,在適宜的體內或體外環境下不僅可分化為造血細胞,還具有分化為肌細胞、肝細胞、成骨細胞軟骨細胞基質細胞等多種細胞的能力。   二.具有免疫調節功能,通過細胞間的相互作用及產生細胞因子抑制T細胞的增殖及其免疫反應 ,從而發揮免疫重建的功能。   三.具有來源方便,易於分離、培養、擴增和純化,多次傳代擴增后仍具有幹細胞特性,不存在免疫排斥的特性。   心臟幹細胞   以色列的科學家研究出了一種用幹細胞做成的心臟,這是由幹細胞的分裂形成的。   胎盤造血幹細胞   胎盤是胎兒和母親血液交換的場所,含有非常豐富的血液微循環。人在母親XX內發育的階段,胎盤是首先形成的器官之一。胎盤中含有大量的早期幹細胞,包括數量豐富的造血幹細胞。這些幹細胞在胎盤中行使著造血的功能。小孩出生后剝離的胎盤內所含的造血幹細胞,可以分化形成各種血細胞(紅細胞白細胞血小板等)的祖宗,注XX到體內可以發揮造血功能。   胎盤亞全能幹細胞   亞全能幹細胞自胚胎形成的第5到7天開始出現,能分化形成200多種人體組織器官細胞,但不能形成一個完整的人體。胎盤亞全能幹細胞是來源於新生兒胎盤組織的一族亞全能幹細胞,其在發育階段與胚胎幹細胞接近,具備分化形成三個胚層的組織細胞的能力,但不會形成畸胎瘤。

基礎應用

  幹細胞的調控是指給出適當的因子條件,對幹細胞的增殖和分化進行調控,使之向指定的方向發展

內源性調控

  幹細胞自身有許多調控因子可對外界信號起反應從而調節其增殖和分化,包括調節細胞不對稱分裂的蛋

人體胚胎幹細胞

白,控制基因表達的核因子等。另外,幹細胞在終末分化之前所進行的分裂次數也受到細胞內調控因子的制約。   (1)細胞內蛋白對干細胞分裂的調控:   幹細胞分裂可能產生新的幹細胞或分化的功能細胞。這種分化的不對稱是由於細胞本身成分的不均等分配和周圍環境的作用造成的。細胞的結構蛋白,特別是細胞骨架成分對細胞的發育非常重要。如在果蠅卵巢中,調控幹細胞不對稱分裂的是一種稱為收縮體的細胞器,包含有許多調節蛋白,如膜收縮蛋白和細胞周期素A。收縮體與紡錘體的結合決定了幹細胞分裂的部位,從而把維持幹細胞性狀所必需的成分保留在子代幹細胞中。   (2)轉錄因子的調控 :   在脊椎動物中,轉錄因子對幹細胞分化的調節非常重要。比如在胚胎幹細胞的發生中,轉錄因子Oct4是必需的。Oct4是一種哺乳動物早期胚胎細胞表達的轉錄因子,它誘導表達的靶基因產物是FGF-4等生長因子,能夠通過生長因子的旁分泌作用調節幹細胞以及周圍滋養層的進一步分化。Oct4缺失突變的胚胎只能發育到囊胚期,其內部細胞不能發育成內層細胞團。另外白血病抑制因子(LIF)對培養的小鼠ES細胞的自我更新有促進作用,而對人的成體幹細胞無作用,說明不同種屬間的轉錄調控是不完全一致的。又如Tcf/Lef轉錄因子家族對上皮幹細胞的分化非常重要。Tcf/Lef是Wnt信號通路的中間介質,當與β-Catenin形成轉錄複合物后,促使角質細胞轉化為多能狀態並分化為毛囊

外源性調控

  除內源性調控外,幹細胞的分化還可受到其周圍組織及細胞外基質等外源性因素的影響。   (1)分泌因子 :   間質細胞能夠分泌許多因子,維持幹細胞的增殖,分化和存活。有兩類因子在不同組織甚至不同種屬中

成體幹細胞在體內發育為不同組織

都發揮重要作用,它們是TGFβ家族和Wnt信號通路。比如TGF家族中至少有兩個成員能夠調節神經嵴幹細胞的分化。最近研究發現,膠質細胞衍生的神經營養因子(GDNF)不僅能夠促進多種神經元的存活和分化,還對精原細胞的再生和分化有決定作用。GDNF缺失的小鼠表現為幹細胞數量的減少,而GDNF的過度表達導致未分化的精原細胞的累積[3]。Wnts的作用機制是通過阻止β-Catenin分解從而激活Tcf/Lef介導的轉錄,促進幹細胞的分化。比如在線蟲卵裂球的分裂中,鄰近細胞誘導的Wnt信號通路能夠控制紡錘體的起始和內胚層的分化。   (2)膜蛋白介導的細胞間的相互作用 :   有些信號是通過細胞-細胞的直接接觸起作用的。β-Catenin就是一種介導細胞粘附連接的結構成分。除此之外,穿膜蛋白Notch及其配體Delta或Jagged也對幹細胞分化有重要影響。在果蠅的感覺器官前體細胞,脊椎動物的胚胎及成年組織包括視網膜神經上皮、骨骼肌和血液系統中,Notch信號都起著非常重要的作用。當Notch與其配體結合時,幹細胞進行非分化性增殖;當Notch活性被抑制時,幹細胞XX分化程序,發育為功能細胞[4]。   (3)整合素(Integrin)與細胞外基質:   整合素家族是介導幹細胞與細胞外基質粘附的最主要的分子。整合素與其配體的相互作用為幹細胞的非分化增殖提供了適當的微環境。比如當β1整合素喪失功能時,上皮幹細胞逃脫了微環境的制約,分化成角質細胞。此外細胞外基質通過調節β1整合素的表達和激活,從而影響幹細胞的分佈和分化方向。

幹細胞的可塑性

  越來越多的證據表明,當成體幹細胞被移植入受體中,它們表現出很強的可塑性。通常情況下,供體的幹細胞在受體中分化為與其組織來源一致的細胞。而在某些情況下幹細胞的分化並不遵循這種規律。1999年Goodell等人分離出小鼠的肌肉乾細胞,體外培養5天後,與少量的骨髓間質細胞一起移植入接受致死量輻XX的小鼠中,結果發現肌肉乾細胞會分化為各種血細胞系。這種現象被稱為幹細胞的橫向分化(trans-differentiation)[5]。關於橫向分化的調控機制目前還不清楚。大多數觀點認為幹細胞的分化與微環境密切相關。可能的機制是,幹細胞XX新的微環境后,對分化信號的反應受到周圍正在進行分化的細胞的影響,從而對新的微環境中的調節信號做出反應。   克隆豬、克隆羊,其技術的機制原理和幹細胞是一致的。

歷史情況

  幹細胞的研究被認為開始於1960年代,在加拿大科學家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤爾的研究之後。

體外培養的神經幹細胞

1959年,美國首次報道了通過體外XX(IVF)動物。   60年代,幾個近親種系的小鼠XX畸胎瘤的研究表明其來源於胚胎XX細胞(embryonic germ cells, EG細胞),此工作確立了胚胎癌細胞(embryonic carcinoma cells, EC細胞)是一種幹細胞。   1968年,Edwards 和Bavister 在體外獲得了第一個人XX。   70年代,EC細胞注入小鼠胚泡產生雜合小鼠。培養的SC細胞作為胚胎髮育的模型,雖然其染色體的數目屬於異常。   1978年,第一個試管嬰兒Louise Brown 在英國誕生。   1981年,Evan, Kaufman 和Martin從小鼠胚泡內細胞群分離出小鼠ES細胞。他們建立了小鼠ES細胞體外培養條件。由這些細胞產生的細胞系有正常的二倍型,像原XX細胞一樣產生三個胚層的衍生物。將ES細胞注入上鼠,能誘導形成畸胎瘤。   1984—1988年,Anderews 等人從人XX畸胎瘤細胞系Tera-2中產生出多能的、可鑒定的(克隆化的)細胞,稱之為胚胎癌細胞(embryonic carcinoma cells, EC細胞)。克隆的人EC細胞在視黃酸的作用下分化形成神經元樣細胞和其他類型的細胞。   1989年,Pera 等分離了一個人EC細胞系,此細胞系能產生出三個胚層的組織。這些細胞是非整倍體的(比正常細胞染色體多或少),他們在體外的分化潛能是有限的。   1994年,通過體外授精病人捐獻的人胚泡處於2-原核期。胚泡內細胞群在培養中得以保存其周邊有滋養層細胞聚集,ES樣細胞位於中央。   1998年美國有兩個小組分別培養出了人的多能( pluripotent )幹細胞:James A. Thomson在Wisconsin

幹細胞

大學領導的研究小組從人胚胎組織中培養出了幹細胞株。他們使用的方法是:人卵體外XX后,將胚胎培育到囊胚階段,提取 inner cell mass細胞,建立細胞株。經測試這些細胞株的細胞表面marker 和酶活性,證實他們就是全能幹細胞。用這種方法,每個胚胎可取得15-20幹細胞用於培養。John D. Gearhart在Johns Hopkins大學領導的另一個研究小組也從人胚胎組織中建立了幹細胞株。他們的方法是:從XX后5-9周人工流產的胚胎中提取XX母細胞( primordial germ cell )。由此培養的細胞株,證實具有全能幹細胞的特徵。   2000年,由Pera、Trounson 和Bongso 領導的新加坡和澳大利亞科學家從治療不育症的夫婦捐贈的胚泡內細胞群中分離得到人ES細胞,這些細胞體外增殖,保持正常的核型,自發分化形成來源於三個胚層的體細胞系。將其注入免疫缺陷小鼠錯開內產生畸胎瘤。   2003,建立了人類皮膚細胞與兔子卵細胞種間融合的方法,為人胚胎幹細胞研究提供了新的途徑。   2004年,Massachusetts Advanced Cell Technology 報道克隆小鼠的幹細胞可以通過形成細小血管心肌細胞修復心衰小鼠的心肌損傷。這種克隆細胞比來源於骨髓的成體幹細胞修復作用更快、更有效,可以取代40%的瘢痕組織和恢復心肌功能。這是首次顯示克隆幹細胞在活體動物體內修復受損組織。

分類來源

  根據其發育階段,幹細胞可分為胚胎幹細胞(Embryonic Stem Cell)和成體幹細胞(Adult Stem Cell)。

幹細胞種類(4張)胚胎幹細胞包括ES細胞(Embryonic Stem Cell)、EG 細胞(Embryonic Germ Cell);成體幹細胞包括神經幹細胞(Neural Stem Ce11,NSC)、血液幹細胞(Hematopoietic Stem Cell,HSC)、骨髓間充質幹細胞(Mesen chymal Stem Cell,MSC),表皮幹細胞(EPidexmis Stem Cell)等。也有報導,按其分化潛能的大小,幹細胞可分為三類:一是全能幹細胞(Totipotent Stem Cell),二是胚胎幹細胞(Embryonic Stem Cell),三是多能幹細胞(Multipotent Stem Ce11)。 胚胎幹細胞可來源於畸胎瘤細胞(EC)、桑椹球細胞(ES)、囊胚內細胞團(ES)、擬胚體細胞(ES)、XX原基細胞(EG)等。 當XX卵分裂發育成囊胚時,將內細胞團(Inner Cell Mass)分離出來進行培養,在一定條件下,這些細胞可在體外「無限期」地增殖傳代,同時還保持其全能性,因此被稱為胚胎幹細胞。胚胎幹細胞在培養條件下,若加入白血病抑制因子LIF(Leu kaemia Inhlbitory Factor),則能保持在未分化狀態,若去掉LIF,胚胎幹細胞迅速分化,最終產生多種細胞系,如肌肉細胞、血細胞、神經細胞或發育成「胚胎體」。 幹細胞按能力可以分為以下四類:

全能幹細胞

  由卵和精細胞的融合產生XX卵。而XX卵在形成胚胎過程中四細胞期之前任一細胞皆是全能幹細胞。具有發展成獨立個體的能力。也就是說能發展成一個個體的細胞就稱為全能幹細胞。

萬能幹細胞

  是全能幹細胞的後裔,無法發育成一個個體,但具有可以發育成多種組織的能力的細胞。

多能幹細胞

  只能分化成特定組織或器官等特定族群的細胞(例如血細胞,包括紅血細胞白血細胞和血小板)。

專一性幹細胞

  只能產生一種細胞類型;但是,具有自更新屬性,將其與非幹細胞區分開。   成體幹細胞可以由下列幾個方面得到:(1)胚胎細胞——由胚胎幹細胞定向分化,或移植分化而成。(2)胚胎組織——由分離胚胎組織、細胞分離、或培養而成。 (3)成體組織——由臍血、新生兒胎盤、骨髓、外周血、骨髓間質、脂肪細胞等得到。 幹細胞是自我複製還是分化成為功能細胞,主要由於細胞本身的狀態和微環境因素所決定。幹細胞本身的狀態,包括調節細胞周期的各種周期素(Cyclin)和周期素依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)、基因轉錄因子、影響細胞不對稱分裂的細胞質因子。微環境因素,包括幹細胞與周圍細胞,幹細胞與外基質以及幹細胞與各種可溶性因子的相互作用。   亞全能幹細胞   亞全能幹細胞自胚胎形成的第5到7天開始出現,能分化形成200多種人體組織器官細胞,但不能形成一個完整的人體。胎盤亞全能幹細胞是來源於新生兒胎盤組織的一族亞全能幹細胞,其在發育階段與胚胎幹細胞接近,具備分化形成三個胚層的組織細胞的能力,但不會形成畸胎瘤。

研究現狀

  當前,幹細胞和再生醫學的研究已成為自然科學中最為引人注目的領域。我國在幹細胞低溫超低溫氣相、液相保存技術、定向溫度保存技術及超低溫幹細胞保存抗損傷技術等處於世界領先水平。幹細胞理論的日臻完善和技術的迅猛發展必將在疾病治療和生物醫藥等領域產生劃時代的成果,是對傳統醫療手段和醫療觀念的一場重大革命。    採用幹細胞治療有著多種優勢:低毒性(或無毒性),即使不完全了解疾病發病的確切機理治療也可達到較好的治療效果,自身幹細胞移植可避免產生免疫排斥反應,對傳統治療方法療效較差的疾病多有驚人的效果。

幹細胞美容

  人體的衰老,皺紋的出現,究其根源實質上都是細胞的衰老和減少。而細胞的衰老和減少則是由幹細胞老化引起的。幹細胞是各種組織細胞更新換代的種子細胞,是人體細胞的生產廠。幹細胞族群的老化嚴重減弱了其增殖和分化的能力,新生的細胞補充不足,衰老細胞不能及時被替代,全身各系統功能下降,讓人一天天老去。而你的皮膚,也因為皮膚幹細胞的衰老而無法及時更新,衰老的皮膚得不到修復,所以,你有了皺紋,失去了青春容顏。幹細胞美容原理是通過輸注特定的多種細胞(包括各種幹細胞和免疫細胞),激活人體自身的「自愈功能」,對病變的細胞進行補充與調控,激活細胞功能,增加正常細胞的數量,提高細胞的活性,改善細胞的質量,防止和延緩細胞的病變,恢復細胞的正常生理功能,從而達到疾病康復、對抗衰老的目的。   但,此項「美容技術」還處於研發階段,還未能實現市場應用。也因此社會上很多有關幹細胞的美容效果,並不屬實,前幾年在社會上很潮的幹細胞美容技術,實屬騙局,也因此幹細胞美容被《北京科技報》評為2004年十大騙局之一。還望公眾認清技術還待研發的事實!

最新進展

  2011年5月,《自然》期刊發表研究報告指出,用皮膚幹細胞製成的細胞組織,儘管是來自同一病患體內的細胞,都可能受到病患體內免疫系統的排斥,這項報告讓幹細胞治病的前景受到挫折。   研究人員是用與胚胎幹細胞類似特點的皮膚細胞,製成誘發性多能幹細胞(induced pluripotent stem cells,簡稱iPS細胞)。這種細胞理論上可變為神經、心臟、肝臟或其他器官的細胞,也可進行移植,修補受損的器官。   iPS細胞2007年最初製成時,科學家深感震撼,因為這種細胞具有胚胎細胞缺乏

ips細胞在人類研究疾病工作中的用途

的兩大優點,一是沒有爭議,無需毀壞人類胚胎;二是因用病患本身的皮膚細胞製成,所以應當不會受到免疫系統的排斥。   但第二個理論上的優點從未經過實際檢驗,直至聖地牙哥加州大學的華裔生物學家徐陽(Yang Xu,音譯)和同事在試驗中才發現,用老鼠皮膚製成的iPS細胞,在屬性相同的老鼠體內受到排斥。   很多科學家也對這樣的結果感到驚訝。高級細胞技術公司科學主管蘭札說:「幹細胞的臨床應用前景更加黯淡了。」他說,在老鼠身上的試驗,不清楚是否在人類身上也產生同樣結果,但一些科學家認為,結果可能相同。   一些研究人員數月前指出,iPS細胞可能會產生多種形式的基因突變,最新的研究結果更使iPS細胞的應用前景失色。   波士頓兒童醫院的幹細胞移植計畫主任戴利說:「這表明我們對幹細胞的本質仍然不甚了解,任何新技術在初期階段都是先表現得痴迷,然後才變得現實,我沒料到會是這樣的結果。」

研究意義

  分化后的細胞,往往由於高度分化而完全喪失了再分化的能力,這樣的細胞最終將衰老和死亡。然而,

誘導性多功能幹細胞(iPS)的基本實驗思路

動物體在發育的過程中,體內卻始終保留了一部分未分化的細胞,這就是幹細胞,幹細胞的衰老是機體衰老或人類衰老的重要因素,因而,人體幹細胞移植(或注XX)對阻止人類衰老意義重大。幹細胞又叫做起源細胞、萬用細胞,是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。可以這樣說,動物體就是通過幹細胞的分裂來實現細胞的更新,從而保證動物體持續生長發育的。   幹細胞根據其分化潛能的大小,可以分為兩類:全能幹細胞和組織幹細胞。前者可以分化、發育成完整的動物個體,後者則是一種或多種組織器官的起源細胞。人的胚胎幹細胞可以發育成完整的人,所以屬於全能幹細胞。   早在19世紀,發育生物學家就知道,卵細胞XX后很快就開始分裂,先是1個XX卵分裂成2個細胞,然後繼續分裂,直至分裂成有16至32個細胞的細胞團,叫做桑椹胚。這時如果將組成桑椹胚的細胞一一分開,並分別植入到母體的XX內,則每個細胞都可以發育成一個完整的胚胎。這種細胞就是胚胎幹細胞,屬於全能幹細胞。骨髓、臍帶、胎盤和脂肪中則可以獲取組織幹細胞。每個人的體內都有一些終生與自己相伴的幹細胞。但是,人的年齡越大,幹細胞就越少。為了彌補幹細胞的不足,一些科學家建議從胚胎或胎兒以及其他動物身上獲取幹細胞。進行培養和研究。   幹細胞的用途非常廣泛,涉及到醫學的多個領域。目前,科學家已經能夠在體外鑒別、分離、純化、擴增和培養人體胚胎幹細胞,並以這樣的幹細胞為「種子」,培育出一些人的組織器官。幹細胞及其衍生組織器官的廣泛臨床應用,將產生一種全新的醫療技術,也就是再造人體正常的甚至年輕的組織器官,從而使人能夠用上自己的或他人的幹細胞或由幹細胞所衍生出的新的組織器官,來替換自身病變的或衰老的組織器官。假如某位老年人能夠使用上自己或他人嬰幼兒時期或者青年時期保存起來的幹細胞及其衍生組織器官,那麼,這位老年人的壽命就可以得到明顯的延長。美國《科學》雜誌于1999年將幹細胞研究列為世界十大科學成就的第一,排在人類基因組測序和克隆技術之前。   新加坡國立大學醫院和中央醫院通過臍帶血幹細胞移植手術根治了一名因家族遺傳而患上嚴重的地中海貧血症的男童,這是世界上第一例移植非親屬的臍帶血幹細胞而使患者痊愈的手術。醫生們認為,臍帶血幹細胞移植手術並不複雜,就像給患者輸血一樣。由於臍帶血自身固有的特性,使得用臍帶血幹細胞進行移植比用骨髓進行移植更加有效。現在,利用造血幹細胞移植技術已經逐漸成為治療白血病、各種惡性腫瘤放化療后引起的造血系統和免疫系統功能障礙等疾病的一種重要手段。科學家預言,用神經幹細胞替代已被破壞的神經細胞,有望使因脊髓損傷而癱瘓的病人重新站立起來;不久的將來,失明、帕金森氏綜合症、艾滋病老年性痴呆心肌梗塞糖尿病等絕大多數疾病的患者,都可望借助幹細胞移植手術獲得康復。   同胚胎幹細胞相比,成人身體上的幹細胞只能發育成20多種組織器官,而胚胎幹細胞則能發育成幾乎所有的組織器官。但是,如果從胚胎中提取幹細胞,胚胎就會死亡。因此,倫理道理問題就成為當前胚胎幹細胞研究的最大問題之一。美國政府明確反對破壞新的胚胎以獲取胚胎幹細胞,美國眾議院甚至提出全面禁止胚胎幹細胞克隆研究的法案。美國的一些科學家則對此提出了尖銳的批評,他們認為,將幹細胞用於醫學研究,在減輕患者痛苦方面很有潛力。如果浪費這樣一個絕好的機會,結果將是悲劇性的。   我國的幹細胞研究和應用已經具備了一定的基礎,早在20世紀60年代就開始了骨髓幹細胞移植方面的研究,目前研究和應用得最多的是造血幹細胞。1992年,我國內地第一個骨髓移植非親屬供者登記組在北京成立,「中華骨髓庫」也正式接受捐贈。2002年,北京建立了臍帶血幹細胞庫。關於胚胎幹細胞的研究,我國目前還沒有明確的法律規定。 2009年,國家幹細胞工程技術研究中心醫學轉化基地在上海成立,幹細胞技術XX臨床應用階段。NIH(美國國立衛生研究院)關於胚胎幹細胞研究的指導原則。   允許   1.從人胚胎組織中獲得新細胞系   2.使用私人資助、已經獲得的來自人胚的細胞系進行研究   3.允許新生兒臍帶血中提取造血幹細胞   4、允許新生兒胎盤組織提取亞全能幹細胞   禁止   1.使用來自胎兒組織的細胞系進行研究   2.用幹細胞創建人胚胎的研究   3.將人胚胎幹細胞與動物胚胎結合的研究   4.使用幹細胞進行XX克隆   5.來自為研究目的而專門創建的胚胎的幹細胞有關研究

人體幹細胞

  人體內的幹細胞分兩種類型,一種是全功能幹細胞,可直接克隆人體;另一種是多功能幹細胞,可

人體幹細胞(8張)  直接複製各種臟器和修復組織。人類寄希望于利用幹細胞的分離和體外培養,在體外繁育出組織或器官,並最終通過組織或器官移植,實現對臨床疾病的治療。   「原位培植皮膚幹細胞再生新皮膚技術」不僅實現了利用幹細胞複製皮膚器官,而且做到了人體原位皮膚器官的複製,從而使人類從幹細胞體外培植組織成器官移植治療,直接跨入了人體原位幹細胞複製器官。科學家普遍認為:幹細胞的研究將為臨床醫學提供更為廣闊的應用前景。   幹細胞具有經培養不定期地分化併產生特化細胞的能力。在正常的人體發育環境中,它們得到了最好的詮釋。人體發育起始於XX的XX,產生一個能發育為完整有機體潛能的單細胞,即全能性XX卵。XX后的最初幾個小時內,XX卵分裂為一些完全相同的全能細胞。這意味著如果把這些細胞的任何一個放入女性XX內,均有可能發育成胎兒。實際上,當兩個全能細胞分別發育為單獨遺傳基因型的人時,即出現了各方面都完全相同的雙胞胎。大約在XX后四天,經過幾個循環的細胞分裂之後,這些全能細胞開始特異化,形成一個中空環形的細胞群結構,稱之為胚囊,胚囊由外層細胞和位於中空球形內的細胞簇(稱為內細胞群)所構成。   外層細胞繼續發展,形成胎盤以及胎兒在XX內發育所需的其它支持組織。內細胞群細胞亦繼續發育,形成人體所須的全部組織。儘管內細胞群可形成人體內的所有組織,但它們不能發育為一個單獨的生物體,因為它們不能形成胎盤以及XX內發育所需的支持組織。這些內細胞群細胞是多能性的----它們能產生許多種類型的細胞,但並非胎兒發育所需的全部細胞類型。因為它們不是全能性的,不是胚胎,沒有完全的發育潛能。如果內細胞群被放入女性XX,它不會發育成胎兒。   多能性幹細胞經歷進一步的特異分化,發展為參與生成特殊功能細胞的幹細胞。如造血幹細胞,它能產生紅細胞、白細胞和血小板。又如皮膚幹細胞,它能產生各種類型的皮膚細胞。這些更專門化的幹細胞被稱為專能幹細胞。

效用

  幹細胞對早期人體的發育特別重要,在兒童和成年人中也可發現專能幹細胞。舉我們所最熟知的幹細胞之一,造血幹細胞為例,造血幹細胞存在於每個兒童和成年人的骨髓之中,也存在於循環血液中,但數量非常少。在我們的整個生命過程中,造血幹細胞在不斷地向人體補充血細胞——紅細胞、白細胞和血小板的過程中起著很關鍵的作用。如果沒有造血幹細胞,我們就無法存活。   幹細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。它包括胚胎幹細胞和成體幹細胞。幹細胞的發育受多種內在機制和微環境因素的影響。目前人類胚胎幹細胞已成功地在體外培養。最新研究發現,成體幹細胞可以橫向分化為其它類型的細胞和組織,為幹細胞的廣泛應用提供了基礎。   在胚胎的發生髮育中,單個XX卵可以分裂發育為多細胞組織或器官。在成年動物中,正常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復再生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是幹細胞進一步分化的結果。胚胎幹細胞是全能的,具有分化為幾乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官內的幹細胞一般認為具有組織特異性,只能分化特定的細胞或組織。   然而,這個觀點目前受到了挑戰。最新的研究表明,組織特異性幹細胞同樣具有分化成其它細胞或組織的潛能,這為幹細胞的應用開創了更廣泛的空間。按分化潛能的大小,幹細胞基本上可分為三種類型:一類是全能性幹細胞,它具有形成完整個體的分化潛能。如胚胎幹細胞,它是從早期胚胎內的細胞團分離出來的一種高度未分化的細胞系,具有與早期胚胎細胞相似的形態特徵和很強的分化能力,它可以無限增殖並分化成為全身200多種細胞類型,進一步形成機體的所有組織、器官。另一類是多能性幹細胞,這種幹細胞具有分化出多種細胞組織的潛能,但卻失去了發育成完整個體的能力,發育潛能受到一定的限制,骨髓多能造血幹細胞是典型的例子,它可分化出至少十一中血細胞,但不分化出造血系統以外的其他細胞。還有一類幹細胞為單能幹細胞(也稱專能、偏能幹細胞),這類幹細胞只能向一種類型或密切相關的兩種類型的細胞分化,如上皮組織基底層的幹細胞、肌肉中的成肌細胞。   總之,凡需要不斷產生新的分化細胞以及分化細胞本身不能再分裂的細胞或組織,都要通過幹細胞所產生的具有分化能力的細胞來維持肌體細胞的數量,可以這樣說,生命是通過幹細胞的分裂來實現細胞的更新及保證持續生長。

發展

  隨著基因工程胚胎工程、細胞工程等各種生物技術的快速發展,按照一定的目的,在體外人工分離、培養幹細胞已成為可能,利用幹細胞構建各種細胞、組織、器官作為移植器官的來源,這將成為幹細胞應用的主要方向。

倫理之爭

  儘管人胚胎幹細胞有著巨大的醫學應用潛力,但圍繞該研究的倫理道德問題也隨之出現。這些問題主要包括人胚胎幹細胞的來源是否合乎法律及道德,應用潛力是否會引起倫理及法律問題。從體外XX人胚中獲得的ES細胞在適當條件下能否發育成人?幹細胞要是來自自願終止妊娠孕婦該如何辦?為獲得ES細胞而殺死人胚是否道德?是不是良好的願望為邪惡的手段提供了正當理由?使用來自自發或事故流產胚胎的細胞是否恰當?一些人爭辯,從人胚中收集胚胎幹細胞是不道德的,因為人的生命沒有得到珍重,人的胚胎也是生命的一種形式,無論目的如何高尚,破壞人胚是不可想象的。而某些人辯稱,由於科學家們沒有殺死細胞,而只是改變了其命運,因而是道德的。有些人擔心,為獲得更多的細胞系,公司會資助體外XX獲得囊胚及人工流產獲得胎兒組織。他們建議應該鼓勵成人體幹細胞研究而應放棄胚胎幹細胞研究。   如果胚胎幹細胞和胚胎XX細胞可以作為細胞系而可買賣獲取,科學家使用它們符合道德規範嗎?什麼類型的研究可被接受?能允許科學家為研究發育過程或建立醫學移植組織而培養個體組織和器官嗎?由於目前已接受人體基因可以XX動物細胞中,將人胚胎幹細胞嵌入家畜胚胎中創立嵌合體來獲得移植用人體器官是否道德?為了治療,改變來自有基因缺陷胚胎的ES細胞的基因,並使其繼續發育成健康個體是否道德?如果人的替代組織極易獲取,會不會有更多的人將不負責任地生活,而從事高風險的活動?這些問題很難簡單回答,必須認真研究人胚胎幹細胞研究涉及的倫理、社會、法律、醫學、神學和道德問題。   考慮到美國法律禁止使用政府資金資助人胚胎研究,美國國立衛生研究所(NIH)主任沃馬斯教授曾向主管NIH的政府部門——美國衛生和福利部(DHHS)咨詢有關法律意見。DHHS在1998年12月決定:「美國國會關於禁止人胚胎研究的法案不適用於胚胎幹細胞研究,因為按目前的定義胚胎幹細胞不等於胚胎」,此外,「由於胚胎幹細胞植XX后,不具有依靠自身發育成個體人的能力,不能將其視為人胚胎。」因此,DHHS可以資助來自胚胎的多能幹細胞的研究。至於人胚胎XX細胞,因為胚胎XX細胞來自無活力的胎兒,獲得和使用此類細胞符合聯邦法律有關胎兒組織研究的規定,因而也可獲得DHHS資助。對此決定人們反應不一。美國73位著名科學家(其中67位是諾貝爾獎獲得者)馬上聯名表示支持,稱這一決定是值得讚賞和高瞻遠矚的(Science,1999,Vol283:1849),某類研究引起如此眾多諾貝爾獎得主的關注在科學史上是絕無僅有的,這也從一個側面反映了胚胎幹細胞研究的重要性及艱巨性。美國幾個頗具影響的學術團體如美國實驗生物學會聯盟,美國細胞生物學會和美國發育生物學會也都支持有關聯邦資金可以資助人胚胎幹細胞研究的決定。民主党參議員湯姆。哈金稱這一決定將為科學發現許多疾病的新療法鋪平道路,並且強調政府不應該對醫學研究設置禁令。NIH主任沃馬斯稱這項科研工作的前景將燦爛輝煌,不過他還是提醒研究人員,用聯邦資金從事獲得新的胚胎幹細胞系仍違法,但是科學家可以使用聯邦資金對湯姆生和