2016年10月27日訊 一項(xiàng)發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Scientific Reports上的最新研究介紹了一種治療兒童尿道下裂的潛在新方法,目前治療這種疾病的方法主要是通過手術(shù)進(jìn)行組織移植實(shí)現(xiàn)尿道重建,但是這種方法可能導(dǎo)致多種并發(fā)癥,有時(shí)需要進(jìn)行多次手術(shù)。
尿道下裂是一種男性尿道開口位置異常的先天缺陷,據(jù)國外報(bào)道發(fā)病率可高達(dá)125--250名出生男嬰中有1個(gè)尿道下裂。
在這項(xiàng)研究中,科學(xué)家們借助一種動(dòng)物模型證實(shí)利用個(gè)體自身的骨髓干細(xì)胞構(gòu)建移植組織再進(jìn)行尿道重建是可行并且有效的。這些干細(xì)胞被接種到合成的支架上逐漸形成移植組織,這種支架具有無毒性,可生物降解以及能夠進(jìn)行拉伸的特性。構(gòu)建的移植組織可以在多個(gè)生物學(xué)層面上幫助損傷組織進(jìn)行再生修復(fù)。“使用來自骨髓的兩種不同的干細(xì)胞群體,我們能夠抑制炎癥反應(yīng)同時(shí)避免形成疤痕組織,”Arun Sharma博士這樣說道。“我們還觀察到進(jìn)行了移植之后會(huì)形成新生血管,這對(duì)于組織愈合和生長是非常重要的?!?/p>
“這項(xiàng)研究最令人興奮的發(fā)現(xiàn)之一就是使用個(gè)體自身的干細(xì)胞可以減少手術(shù)后的可見疤痕,這表明這些細(xì)胞確實(shí)能夠促進(jìn)手術(shù)的最終成功和治療效果。”文章第一作者Joceline Liu這樣說道。
利用骨髓來源的干細(xì)胞群體和支架材料進(jìn)行尿道修復(fù)的新方法以Sharma早先關(guān)于膀胱組織修復(fù)的研究為基礎(chǔ)。
“借助這種方法,患兒將不再需要承受目前治療方法帶來的并發(fā)癥痛苦,”Sharma這樣表示?!暗窃趯⑦@種技術(shù)應(yīng)用于兒童治療之前,還需要在動(dòng)物模型上進(jìn)行更多研究,未來還要進(jìn)行臨床試驗(yàn)。這項(xiàng)研究成果為后續(xù)研究打下了一個(gè)基礎(chǔ)?!?/p>
近些年來,干細(xì)胞憑借其高度的發(fā)育可塑性,引起了醫(yī)學(xué)與生物學(xué)界的極大興趣。也許在不久的將來,我們?nèi)祟愺w內(nèi)所有受損或功能退化的組織都可以通過干細(xì)胞移植來進(jìn)行修復(fù)與替換。從20世紀(jì)70年代初開始的骨髓造血干細(xì)胞移植已經(jīng)讓無數(shù)惡性血液病患者的生命得以延續(xù),但最接近全能性的胚胎干細(xì)胞的研究尚存在著倫理學(xué)和成瘤性等問題,其它成體干細(xì)胞的研究也還處于起步階段,在真正應(yīng)用到臨床治療前還需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究與臨床前實(shí)驗(yàn)。
本書以2004年9月在倫敦帝國理工學(xué)院舉辦的“干細(xì)胞修復(fù)與再生專題研討會(huì)”講義為基礎(chǔ),內(nèi)容涵蓋了當(dāng)今在基礎(chǔ)干細(xì)胞生物學(xué)、干細(xì)胞操作以及干細(xì)胞治療的臨床應(yīng)用等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
全書共16章。第1章概述干/祖細(xì)胞生物學(xué)的基本觀點(diǎn)與最新研究進(jìn)展;第2章介紹不對(duì)稱分裂原理在成體干細(xì)胞的鑒別與擴(kuò)增方面的應(yīng)用;第3章介紹造血干細(xì)胞的形成與定向分化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控;第4章介紹出生后新血管形成過程中內(nèi)皮祖細(xì)胞、生長因子和細(xì)胞外基質(zhì)分別發(fā)揮的作用;第5章介紹干細(xì)胞的位點(diǎn)特異性重組基因工程改造;第6章從動(dòng)力學(xué)角度介紹造血干細(xì)胞自我更新、分裂以及植入體內(nèi)后發(fā)生的變化,同時(shí)概述了實(shí)驗(yàn)血液學(xué)和造血干細(xì)胞移植的發(fā)展歷程;第7章介紹干細(xì)胞與組織工程已取得的成就和面臨的挑戰(zhàn);第8章介紹人胚胎間充質(zhì)干細(xì)胞的特性,以及在產(chǎn)前診斷和基因治療等方面的應(yīng)用;第9章介紹基因修飾間充質(zhì)干細(xì)胞在再生治療方面的應(yīng)用;第10章介紹源于胚胎干細(xì)胞的心肌細(xì)胞的藥理學(xué)特性表征;第11章介紹成體干細(xì)胞在心臟細(xì)胞替代治療方面的應(yīng)用;第12章介紹胰臟與肝臟的再生;第13章介紹肝外干細(xì)胞在肝臟再生與修復(fù)方面的應(yīng)用;第14章概述胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化β胰島細(xì)胞的研究歷程;第15章概述干細(xì)胞移植臨床應(yīng)用前的審核步驟與標(biāo)準(zhǔn)以及主要應(yīng)用領(lǐng)域;第16章介紹應(yīng)用于移植后干細(xì)胞體內(nèi)示蹤的核磁共振成像技術(shù)與對(duì)比劑。
本書的內(nèi)容以研究進(jìn)展和存在的問題為主,沒有對(duì)基礎(chǔ)理論與概念做系統(tǒng)講解,貼近干細(xì)胞研究領(lǐng)域的前沿,可供對(duì)干細(xì)胞領(lǐng)域有一定了解的基礎(chǔ)生物學(xué)、分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、臨床醫(yī)學(xué)等相關(guān)專業(yè)的研究人員、教師、研究生和高年級(jí)學(xué)生參閱。
張曉鷗,博士生
(中國科學(xué)院過程工程研究所)
造血干細(xì)胞已經(jīng)經(jīng)過分化,只能進(jìn)行多能分化,不能進(jìn)行全能分化——故不能分化成神經(jīng)細(xì)胞。
ps:
干細(xì)胞(Stem Cell)是一種未充分分化,尚不成熟的細(xì)胞,具有再生各種組織器官和人體的潛在功能,醫(yī)學(xué)界稱之為“萬用細(xì)胞”。
干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已可成功地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn),成體干細(xì)胞可以橫向分化為其他類型的細(xì)胞和組織,為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
在胚胎的發(fā)生發(fā)育中,單個(gè)受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞的組織或器官。在成年動(dòng)物中,正常的生理代謝或病理損傷也會(huì)引起組織或器官的修復(fù)再生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)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(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異性,只能分化成特定的細(xì)胞或組織。
然而,這個(gè)觀點(diǎn)目前受到了挑戰(zhàn)。
最新的研究表明,組織特異性干細(xì)胞同樣具有分化成其他細(xì)胞或組織的潛能,這為干細(xì)胞的應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的空間。
干細(xì)胞具有自我更新能力(Self-renewing),能夠產(chǎn)生高度分化的功能細(xì)胞。干細(xì)胞按照生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞 。
·1.1 胚胎干細(xì)胞
胚胎干細(xì)胞(Embryonic Stem cell, ES細(xì)胞)。
胚胎干細(xì)胞當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí),內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)(Inner Cell Mass)的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性,可以自我更新并具有分化為體內(nèi)所有組織的能力。早在1970年Martin Evans已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培養(yǎng)。而人的胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。
進(jìn)一步說,胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性,能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官,包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代,由于畸胎瘤干細(xì)胞(EC細(xì)胞)的發(fā)現(xiàn)開始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。
目前許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對(duì)象展開的,如:德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后,密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù),使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動(dòng)能力。隨著ES細(xì)胞的研究日益深入,生命科學(xué)家對(duì)人類ES細(xì)胞的了解邁入了一個(gè)新的階段。在98年末,兩個(gè)研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細(xì)胞,保持了ES細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而,人類ES 細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議,出于社會(huì)倫理學(xué)方面的原因,有些國家甚至明令禁止進(jìn)行人類ES細(xì)胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看,人類ES細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響,因此要求展開人類ES細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。
·1.2 成體干細(xì)胞
成年動(dòng)物的許多組織和器官,比如表皮和造血系統(tǒng),具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下,成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能細(xì)胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。過去認(rèn)為成體干細(xì)胞主要包括上皮干細(xì)胞和造血干細(xì)胞。最近研究表明,以往認(rèn)為不能再生的神經(jīng)組織仍然包含神經(jīng)干細(xì)胞,說明成體干細(xì)胞普遍存在,問題是如何尋找和分離各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞經(jīng)常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生一系列生長因子或配體,與干細(xì)胞相互作用,控制干細(xì)胞的更新和分化。
·1.3 造血干細(xì)胞
造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來源,它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血中。今年年初,協(xié)和醫(yī)大血液學(xué)研究所的龐文新又在肌肉組織中發(fā)現(xiàn)了具有造血潛能的干細(xì)胞。造血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。
在臨床治療中,造血干細(xì)胞應(yīng)用較早,在20世紀(jì)五十年代,臨床上就開始應(yīng)用骨髓移植(BMT)方法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末,外周血干細(xì)胞移植(PBSCT)技術(shù)逐漸推廣開來,絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)胞移植(APBSCT),在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)于常規(guī)治療,且效果令人滿意。與兩者相比,臍血干細(xì)胞移植的長處在于無來源的限制,對(duì)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(qū)首例臍血干細(xì)胞移植成功,又為中國造血干細(xì)胞移植技術(shù)注入新的活力。隨著臍血干細(xì)胞移植技術(shù)的不斷完善,它可能會(huì)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
·1.4 神經(jīng)干細(xì)胞
神經(jīng)干細(xì)胞關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚,由于分離神經(jīng)干細(xì)胞所需的胎兒腦組織較難取材,加之胚胎細(xì)胞研究的爭議尚未平息,神經(jīng)干細(xì)胞的研究仍處于初級(jí)階段。理論上講,任何一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。腦和脊髓由于血腦屏障的存在使之在干細(xì)胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng),如:給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞,可治愈部分患者癥狀。除此之外,神經(jīng)干細(xì)胞的功能還可延伸到藥物檢測方面,對(duì)判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。 實(shí)際上,到目前為止,人們對(duì)干細(xì)胞的了解仍存在許多盲區(qū)。2000年年初美國研究人員無意中發(fā)現(xiàn)在胰腺中存有干細(xì)胞;加拿大研究人員在人、鼠、牛的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了始終處于“休眠狀態(tài)的干細(xì)胞” ;有些科學(xué)家證實(shí)骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成肝細(xì)胞,腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。
隨著干細(xì)胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷擴(kuò)展,人們對(duì)干細(xì)胞的了解也將更加全面。21世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代,也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡的時(shí)代,干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣闊前景。
·1.5肌肉干細(xì)胞(muscle stem cell)
可發(fā)育分化為成肌細(xì)胞(myoblasts),后者可互相融合成為多核的肌纖維,形成骨骼肌最基本的結(jié)構(gòu)。
造血干細(xì)胞(hemopoietic stem cell)又稱多能干細(xì)胞。是存在于造血組織中的一群原始造血細(xì)胞。也可以說它是一切血細(xì)胞(其中大多數(shù)是免疫細(xì)胞)的原始細(xì)胞。由造血干細(xì)胞定向分化、增殖為不同的血細(xì)胞系,并進(jìn)一步生成血細(xì)胞。人類造血干細(xì)胞首先出現(xiàn)于胚齡第2~3周的卵黃囊,在胚胎早期(第2~3月)遷至肝、脾,第5個(gè)月又從肝、脾遷至骨髓。在胚胎末期一直到出生后,骨髓成為造血干細(xì)胞的主要來源。具有多潛能性,即具有自身復(fù)制和分化兩種功能。在胚胎和迅速再生的骨髓中,造血干細(xì)胞多處于增殖周期之中;而在正常骨髓中,則多數(shù)處于靜止期(G0期),當(dāng)機(jī)體需要時(shí),其中一部分分化成熟,另一部分進(jìn)行分化增殖,以維持造血干細(xì)胞的數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定。造血干細(xì)胞進(jìn)一步分化發(fā)育成不同血細(xì)胞系的定向干細(xì)胞。定向干細(xì)胞多數(shù)處于增殖周期之中,并進(jìn)一步分化為各系統(tǒng)的血細(xì)胞系,如紅細(xì)胞系、粒細(xì)胞系、單核-吞噬細(xì)胞系、巨核細(xì)胞系以及淋巴細(xì)胞系。由造血干細(xì)胞分化出來的淋巴細(xì)胞有兩個(gè)發(fā)育途徑,一個(gè)受胸腺的作用,在胸腺素的催化下分化成熟為胸腺依賴性淋巴細(xì)胞,即T細(xì)胞;另一個(gè)不受胸腺,而受腔上囊(鳥類)或類囊器官(哺乳動(dòng)物)的影響,分化成熟為囊依賴性淋巴細(xì)胞或骨髓依賴性淋巴細(xì)胞,即B細(xì)胞。并分別由T、B細(xì)胞引起細(xì)胞免疫及體液免疫。如機(jī)體內(nèi)造血干細(xì)胞缺陷,則可引起嚴(yán)重的免疫缺陷病。
神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell,NSCs)是一類具有分裂潛能和自我更新能力的母細(xì)胞,它可以通過不對(duì)等的分裂方式產(chǎn)生神經(jīng)組織的各類細(xì)胞。需要強(qiáng)調(diào)的是,在腦脊髓等所有神經(jīng)組織中,不同的神經(jīng)干細(xì)胞類型產(chǎn)生的子代細(xì)胞種類不同,分布也不同。
? ? 干細(xì)胞修復(fù)再生的能力一直收到醫(yī)學(xué)界包括社會(huì)的關(guān)注,因?yàn)槠淠軐p壞的人體細(xì)胞,包括一些被癌細(xì)胞損壞的組織進(jìn)行修復(fù)和再生?;诟杉?xì)胞的修復(fù)和再生療法是當(dāng)今生物技術(shù)與醫(yī)學(xué)行業(yè)最熱門的領(lǐng)域之一。通過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)掘,干細(xì)胞的潛能已經(jīng)大部分被證實(shí),并成功應(yīng)用到臨床實(shí)驗(yàn)。
? ? 盡管自然界中已有多種動(dòng)物提前掌握再生能力,能夠不治自愈,但現(xiàn)階段這是人類所不能比擬的。今天,我們受傷后,受損組織仍會(huì)產(chǎn)生疤痕,甚至影響身體機(jī)能,但是以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)正在向這一事實(shí)發(fā)起挑戰(zhàn)。
? ? 再生能力的探究
? ? 近日,《Nature》子刊一項(xiàng)研究——利用動(dòng)物內(nèi)源干細(xì)胞修復(fù)組織,剖析了組織再生的機(jī)理與研發(fā)前景。以下為此項(xiàng)研究部分內(nèi)容:
? ? 眾所周知,蠑螈這種兩棲動(dòng)物的再生能力是十分驚人的,它們不但能再生出尾巴,甚至還能再生出四肢和心臟。更為驚人的是,蠑螈的這種再生能力是在整個(gè)生命周期中都能得到保持的。
? ? 研究表明,蠑螈等動(dòng)物模型的組織再生涉及到多個(gè)復(fù)雜步驟,并且有多種不同來源的細(xì)胞參與。以四肢的再生為例:
干細(xì)胞修復(fù)再生的能力
? ? 與兩棲類動(dòng)物不同,哺乳動(dòng)物的再生能力受到一定限制??傮w來看,只有處于發(fā)育早期和出生后不久的哺乳動(dòng)物才具有較佳的再生能力。相反,成年動(dòng)物組織的再生能力十分有限,會(huì)在傷口愈合的過程中形成疤痕,且?guī)懋惓5慕M織重建。
? ? 干細(xì)胞與組織再生
? ? 在組織修復(fù)和再生過程中,干細(xì)胞起到了重要的作用。經(jīng)過增殖和分化后,干細(xì)胞可以發(fā)育成具有特定功能的成熟細(xì)胞系,在組織再生中扮演關(guān)鍵角色。
? ? 在人體內(nèi),間充質(zhì)干細(xì)胞是得到最多研究的干細(xì)胞之一。相比之下,這類干細(xì)胞具有分化成多類細(xì)胞的潛力,包括骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、以及脂肪細(xì)胞等等。
? ? 根據(jù)來源不同,間充質(zhì)干細(xì)胞大致劃分為以下幾種:
? ? ■來源于骨髓的干細(xì)胞具有移動(dòng)到身體遠(yuǎn)端的能力,且能與免疫系統(tǒng)相互作用,并生產(chǎn)具有生物活性的分子,以創(chuàng)造一個(gè)適合組織修復(fù)的微環(huán)境。因此,它在醫(yī)療上具有一定的潛力。
? ? 但是,隨著年齡增長,體內(nèi)積存的炎性細(xì)胞因子及微環(huán)境都會(huì)影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的質(zhì)量;另外,其破壞性的采集方式也會(huì)讓臨床應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性。
? ? ■研究發(fā)現(xiàn),在新生兒的臍帶中含有大量臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞,具有很強(qiáng)的多向組織分化潛能,兼具器官損傷修復(fù),造血功能恢復(fù)和免疫調(diào)節(jié)等多重作用。與骨髓間充質(zhì)相比,因其具有“零”免疫排斥的特性,已被臨床廣泛應(yīng)用于人體多系統(tǒng)疑難疾病的治療。
? ? ■脂肪也是間充質(zhì)干細(xì)胞的主要來源。對(duì)人類來說,脂肪組織里有著豐富的專能干細(xì)胞,它們能在體內(nèi)或體外環(huán)境下進(jìn)行分化,可產(chǎn)生多種細(xì)胞類型。
? ? 目前,國內(nèi)利用來源于脂肪的干細(xì)胞,已成功治療了一名顱骨多處損傷的患者,但是更多情況下,仍以醫(yī)美抗衰領(lǐng)域應(yīng)用居多,如豐胸、塑形等。
? ? 再生醫(yī)學(xué)的今天和明天
? ? 2018年1月12日,在南京鼓樓醫(yī)院,全球首例通過再生醫(yī)學(xué)技術(shù)治療卵巢早衰獲得成功,患者已誕下一健康男嬰。這標(biāo)志著我國在卵巢再生臨床研究中取得了突破性進(jìn)展。
? ? 2018年5月30日,英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)一項(xiàng)研究:使用3D打印人類角膜,能有效幫助失明患者再見光明。目前研究人員仍在不斷試驗(yàn),努力確保角膜移植后不會(huì)發(fā)生排斥反應(yīng),可以正常工作。
? ? 未來,隨著干細(xì)胞、組織工程等研究的不斷深入,必將激勵(lì)更多有意義的探索,開展更多跨領(lǐng)域的研究嘗試,拉近機(jī)體“滿血復(fù)活”的距離。
中瑞恩次方干細(xì)胞修復(fù)再生
? ? 我們期待,有朝一日能真正實(shí)現(xiàn)人體的組織再生,讓由于先天性殘缺、創(chuàng)傷、或是腫瘤引起的組織損傷得到修復(fù)。今天,我們需要做的就是支持并期待這一天的盡快到來!
胚胎干細(xì)胞(Embrtibuc stem cell)的發(fā)育等級(jí)較高,是多能干細(xì)胞(Pluripotent stem cell),而成體干細(xì)胞的發(fā)育等級(jí)較低,是單能干細(xì)胞。干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已可成功地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn),成體干細(xì)胞可以橫向分化為其他類型的細(xì)胞和組織,為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
在胚胎的發(fā)生發(fā)育中,單個(gè)受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞的組織或器官。在成年動(dòng)物中,正常的生理代謝或病理損傷也會(huì)引起組織或器官的修復(fù)再生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)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(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異性,只能分化成特定的細(xì)胞或組織。
然而,這個(gè)觀點(diǎn)目前受到了挑戰(zhàn)。
最新的研究表明,組織特異性干細(xì)胞同樣具有分化成其他細(xì)胞或組織的潛能,這為干細(xì)胞的應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的空間。
干細(xì)胞具有自我更新能力(Self-renewing),能夠產(chǎn)生高度分化的功能細(xì)胞。干細(xì)胞按照生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞 。
·1.1 胚胎干細(xì)胞
胚胎干細(xì)胞(Embryonic Stem cell, ES細(xì)胞)。
胚胎干細(xì)胞當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí),內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)(Inner Cell Mass)的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性,可以自我更新并具有分化為體內(nèi)所有組織的能力。早在1970年Martin Evans已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培養(yǎng)。而人的胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。
進(jìn)一步說,胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性,能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官,包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代,由于畸胎瘤干細(xì)胞(EC細(xì)胞)的發(fā)現(xiàn)開始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。
目前許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對(duì)象展開的,如:德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后,密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù),使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動(dòng)能力。隨著ES細(xì)胞的研究日益深入,生命科學(xué)家對(duì)人類ES細(xì)胞的了解邁入了一個(gè)新的階段。在98年末,兩個(gè)研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細(xì)胞,保持了ES細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而,人類ES 細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議,出于社會(huì)倫理學(xué)方面的原因,有些國家甚至明令禁止進(jìn)行人類ES細(xì)胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看,人類ES細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響,因此要求展開人類ES細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。
·1.2 成體干細(xì)胞
成年動(dòng)物的許多組織和器官,比如表皮和造血系統(tǒng),具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下,成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能細(xì)胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。過去認(rèn)為成體干細(xì)胞主要包括上皮干細(xì)胞和造血干細(xì)胞。最近研究表明,以往認(rèn)為不能再生的神經(jīng)組織仍然包含神經(jīng)干細(xì)胞,說明成體干細(xì)胞普遍存在,問題是如何尋找和分離各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞經(jīng)常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生一系列生長因子或配體,與干細(xì)胞相互作用,控制干細(xì)胞的更新和分化。
·1.3 造血干細(xì)胞
造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來源,它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血中。今年年初,協(xié)和醫(yī)大血液學(xué)研究所的龐文新又在肌肉組織中發(fā)現(xiàn)了具有造血潛能的干細(xì)胞。造血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。
在臨床治療中,造血干細(xì)胞應(yīng)用較早,在20世紀(jì)五十年代,臨床上就開始應(yīng)用骨髓移植(BMT)方法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末,外周血干細(xì)胞移植(PBSCT)技術(shù)逐漸推廣開來,絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)胞移植(APBSCT),在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)于常規(guī)治療,且效果令人滿意。與兩者相比,臍血干細(xì)胞移植的長處在于無來源的限制,對(duì)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(qū)首例臍血干細(xì)胞移植成功,又為中國造血干細(xì)胞移植技術(shù)注入新的活力。隨著臍血干細(xì)胞移植技術(shù)的不斷完善,它可能會(huì)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
·1.4 神經(jīng)干細(xì)胞
神經(jīng)干細(xì)胞關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚,由于分離神經(jīng)干細(xì)胞所需的胎兒腦組織較難取材,加之胚胎細(xì)胞研究的爭議尚未平息,神經(jīng)干細(xì)胞的研究仍處于初級(jí)階段。理論上講,任何一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。腦和脊髓由于血腦屏障的存在使之在干細(xì)胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng),如:給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞,可治愈部分患者癥狀。除此之外,神經(jīng)干細(xì)胞的功能還可延伸到藥物檢測方面,對(duì)判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。 實(shí)際上,到目前為止,人們對(duì)干細(xì)胞的了解仍存在許多盲區(qū)。2000年年初美國研究人員無意中發(fā)現(xiàn)在胰腺中存有干細(xì)胞;加拿大研究人員在人、鼠、牛的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了始終處于“休眠狀態(tài)的干細(xì)胞” ;有些科學(xué)家證實(shí)骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成肝細(xì)胞,腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。
隨著干細(xì)胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷擴(kuò)展,人們對(duì)干細(xì)胞的了解也將更加全面。21世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代,也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡的時(shí)代,干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣闊前景。
·1.5肌肉干細(xì)胞(muscle stem cell)
可發(fā)育分化為成肌細(xì)胞(myoblasts),后者可互相融合成為多核的肌纖維,形成骨骼肌最基本的結(jié)構(gòu)。
[編輯本段]2.【基礎(chǔ)應(yīng)用】
干細(xì)胞的調(diào)控是指給出適當(dāng)?shù)囊蜃訔l件,對(duì)干細(xì)胞的增值和分化進(jìn)行調(diào)控,使之向指定的方向發(fā)展。
·2.1 內(nèi)源性調(diào)控
干細(xì)胞自身有許多調(diào)控因子可對(duì)外界信號(hào)起反應(yīng)從而調(diào)節(jié)其增殖和分化,包括調(diào)節(jié)細(xì)胞不對(duì)稱分裂的蛋白,控制基因表達(dá)的核因子等。另外,干細(xì)胞在終末分化之前所進(jìn)行的分裂次數(shù)也受到細(xì)胞內(nèi)調(diào)控因子的制約。
?。?)細(xì)胞內(nèi)蛋白對(duì)干細(xì)胞分裂的調(diào)控
干細(xì)胞分裂可能產(chǎn)生新的干細(xì)胞或分化的功能細(xì)胞。這種分化的不對(duì)稱是由于細(xì)胞本身成分的不均等分配和周圍環(huán)境的作用造成的。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白,特別是細(xì)胞骨架成分對(duì)細(xì)胞的發(fā)育非常重要。如在果蠅卵巢中,調(diào)控干細(xì)胞不對(duì)稱分裂的是一種稱為收縮體的細(xì)胞器,包含有許多調(diào)節(jié)蛋白,如膜收縮蛋白和細(xì)胞周期素A。收縮體與紡錘體的結(jié)合決定了干細(xì)胞分裂的部位,從而把維持干細(xì)胞性狀所必需的成分保留在子代干細(xì)胞中。
(2)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控
在脊椎動(dòng)物中,轉(zhuǎn)錄因子對(duì)干細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)非常重要。比如在胚胎干細(xì)胞的發(fā)生中,轉(zhuǎn)錄因子Oct4是必需的。Oct4是一種哺乳動(dòng)物早期胚胎細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子,它誘導(dǎo)表達(dá)的靶基因產(chǎn)物是FGF-4等生長因子,能夠通過生長因子的旁分泌作用調(diào)節(jié)干細(xì)胞以及周圍滋養(yǎng)層的進(jìn)一步分化。Oct4缺失突變的胚胎只能發(fā)育到囊胚期,其內(nèi)部細(xì)胞不能發(fā)育成內(nèi)層細(xì)胞團(tuán) [1]。另外白血病抑制因子(LIF)對(duì)培養(yǎng)的小鼠ES細(xì)胞的自我更新有促進(jìn)作用,而對(duì)人的成體干細(xì)胞無作用,說明不同種屬間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是不完全一致的。又如Tcf/Lef轉(zhuǎn)錄因子家族對(duì)上皮干細(xì)胞的分化非常重要。Tcf/Lef是Wnt信號(hào)通路的中間介質(zhì),當(dāng)與β-Catenin形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物后,促使角質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多能狀態(tài)并分化為毛囊。
·2.2 外源性調(diào)控
除內(nèi)源性調(diào)控外,干細(xì)胞的分化還可受到其周圍組織及細(xì)胞外基質(zhì)等外源性因素的影響。
?。?)分泌因子
間質(zhì)細(xì)胞能夠分泌許多因子,維持干細(xì)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都發(fā)揮重要作用,它們是TGFβ家族和Wnt信號(hào)通路。比如TGF家族中至少有兩個(gè)成員能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)嵴干細(xì)胞的分化。最近研究發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)細(xì)胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)不僅能夠促進(jìn)多種神經(jīng)元的存活和分化,還對(duì)精原細(xì)胞的再生和分化有決定作用。GDNF缺失的小鼠表現(xiàn)為干細(xì)胞數(shù)量的減少,而GDNF的過度表達(dá)導(dǎo)致未分化的精原細(xì)胞的累積[3]。Wnts的作用機(jī)制是通過阻止β-Catenin分解從而激活Tcf/Lef介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)干細(xì)胞的分化。比如在線蟲卵裂球的分裂中,鄰近細(xì)胞誘導(dǎo)的Wnt信號(hào)通路能夠控制紡錘體的起始和內(nèi)胚層的分化。
?。?)膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間的相互作用
有些信號(hào)是通過細(xì)胞-細(xì)胞的直接接觸起作用的。β-Catenin就是一種介導(dǎo)細(xì)胞粘附連接的結(jié)構(gòu)成分。除此之外,穿膜蛋白Notch及其配體Delta或Jagged也對(duì)干細(xì)胞分化有重要影響。在果蠅的感覺器官前體細(xì)胞,脊椎動(dòng)物的胚胎及成年組織包括視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮、骨骼肌和血液系統(tǒng)中,Notch信號(hào)都起著非常重要的作用。當(dāng)Notch與其配體結(jié)合時(shí),干細(xì)胞進(jìn)行非分化性增殖;當(dāng)Notch活性被抑制時(shí),干細(xì)胞進(jìn)入分化程序,發(fā)育為功能細(xì)胞[4]。
(3)整合素(Integrin)與細(xì)胞外基質(zhì)
整合素家族是介導(dǎo)干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘附的最主要的分子。整合素與其配體的相互作用為干細(xì)胞的非分化增殖提供了適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。比如當(dāng)β1整合素喪失功能時(shí),上皮干細(xì)胞逃脫了微環(huán)境的制約,分化成角質(zhì)細(xì)胞。此外細(xì)胞外基質(zhì)通過調(diào)節(jié)β1整合素的表達(dá)和激活,從而影響干細(xì)胞的分布和分化方向。
·2.3 干細(xì)胞的可塑性
越來越多的證據(jù)表明,當(dāng)成體干細(xì)胞被移植入受體中,它們表現(xiàn)出很強(qiáng)的可塑性。通常情況下,供體的干細(xì)胞在受體中分化為與其組織來源一致的細(xì)胞。而在某些情況下干細(xì)胞的分化并不遵循這種規(guī)律。1999年Goodell等人分離出小鼠的肌肉干細(xì)胞,體外培養(yǎng)5天后,與少量的骨髓間質(zhì)細(xì)胞一起移植入接受致死量輻射的小鼠中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會(huì)分化為各種血細(xì)胞系。這種現(xiàn)象被稱為干細(xì)胞的橫向分化(trans-differentiation)[5]。關(guān)于橫向分化的調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)??赡艿臋C(jī)制是,干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后,對(duì)分化信號(hào)的反應(yīng)受到周圍正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響,從而對(duì)新的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)信號(hào)做出反應(yīng)。
克隆豬、克隆羊,其技術(shù)的機(jī)制原理和干細(xì)胞是一致的。
[編輯本段]3.【種類劃分】
干細(xì)胞按能力可以分為以下四類:
1.全能干細(xì)胞
由卵和精細(xì)胞的融合產(chǎn)生受精卵。而受精卵在形成胚胎過程中四細(xì)胞期之前任一細(xì)胞皆是全能干細(xì)胞。具有發(fā)展成獨(dú)立個(gè)體的能力。也就是說能發(fā)展成一個(gè)個(gè)體的細(xì)胞就稱為全能干細(xì)胞。
2.萬能干細(xì)胞
是全能干細(xì)胞的后裔,無法發(fā)育成一個(gè)個(gè)體,但具有可以發(fā)育成多種組織的能力的細(xì)胞。
3.多能干細(xì)胞
只能分化成特定組織或器官等特定族群的細(xì)胞(例如血細(xì)胞,包括紅血細(xì)胞、白血細(xì)胞和血小板)。
4.專一性干細(xì)胞
只能產(chǎn)生一種細(xì)胞類型;但是,具有自更新屬性,將其與非干細(xì)胞區(qū)分開。
[編輯本段]4.【研究情況】
·干細(xì)胞研究的歷史情況
干細(xì)胞的研究被認(rèn)為開始于1960年代,在加拿大科學(xué)家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤爾的研究之后。
1959年,美國首次報(bào)道了通過體外受精(IVF)動(dòng)物。
60年代,幾個(gè)近親種系的小鼠睪丸畸胎瘤的研究表明其來源于胚胎生殖細(xì)胞(embryonic germ cells, EG細(xì)胞),此工作確立了胚胎癌細(xì)胞(embryonic carcinoma cells, EC細(xì)胞)是一種干細(xì)胞。
1968年,Edwards 和Bavister 在體外獲得了第一個(gè)人卵子。
70年代,EC細(xì)胞注入小鼠胚泡產(chǎn)生雜合小鼠。培養(yǎng)的SC細(xì)胞作為胚胎發(fā)育的模型,雖然其染色體的數(shù)目屬于異常。
1978年,第一個(gè)試管嬰兒,Louise Brown 在英國誕生。
1981年,Evan, Kaufman 和Martin從小鼠胚泡內(nèi)細(xì)胞群分離出小鼠ES細(xì)胞。他們建立了小鼠ES細(xì)胞體外培養(yǎng)條件。由這些細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞系有正常的二倍型,像原生殖細(xì)胞一樣產(chǎn)生三個(gè)胚層的衍生物。將ES細(xì)胞注入上鼠,能誘導(dǎo)形成畸胎瘤。
1984—1988年,Anderews 等人從人睪丸畸胎瘤細(xì)胞系Tera-2中產(chǎn)生出多能的、可鑒定的(克隆化的)細(xì)胞,稱之為胚胎癌細(xì)胞(embryonic carcinoma cells, EC細(xì)胞)??寺〉娜薊C細(xì)胞在視黃酸的作用下分化形成神經(jīng)元樣細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞。
1989年,Pera 等分離了一個(gè)人EC細(xì)胞系,此細(xì)胞系能產(chǎn)生出三個(gè)胚層的組織。這些細(xì)胞是非整倍體的(比正常細(xì)胞染色體多或少),他們在體外的分化潛能是有限的。
1994年,通過體外授精和病人捐獻(xiàn)的人胚泡處于2-原核期。胚泡內(nèi)細(xì)胞群在培養(yǎng)中得以保存其周邊有滋養(yǎng)層細(xì)胞聚集 ,ES樣細(xì)胞位于中央。
1998年美國有兩個(gè)小組分別培養(yǎng)出了人的多能( pluripotent )干細(xì)胞: James A. Thomson在 Wisconsin大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。他們使用的方法是:人卵體外受精后,將胚胎培育到囊胚階段,提取 inner cell mass細(xì)胞,建立細(xì)胞株。經(jīng)測試這些細(xì)胞株的細(xì)胞表面 marker 和酶活性,證實(shí)他們就是全能干細(xì)胞。用這種方法,每個(gè)胚胎可取得15-20干細(xì)胞用于培養(yǎng)。 John D. Gearhart在 Johns Hopkins大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)研究小組也從人胚胎組織中建立了干細(xì)胞株。他們的方法是:從受精后5-9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞( primordial germ cell )。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株,證實(shí)具有全能干細(xì)胞的特征。
2000年,由Pera、 Trounson 和 Bongso 領(lǐng)導(dǎo)的新加坡和澳大利亞科學(xué)家從治療不育癥的夫婦捐贈(zèng)的胚泡內(nèi)細(xì)胞群中分離得到人ES細(xì)胞,這些細(xì)胞體外增殖,保持正常的核型,自發(fā)分化形成來源于三個(gè)胚層的體細(xì)胞系。將其注入免疫缺陷小鼠錯(cuò)開內(nèi)產(chǎn)生畸胎瘤。
2003,建立了人類皮膚細(xì)胞與兔子卵細(xì)胞種間融合的方法,為人胚胎干細(xì)胞研究提供了新的途徑。
2004年,Massachusetts Advanced Cell Technology 報(bào)道克隆小鼠的干細(xì)胞可以通過形成細(xì)小血管的心肌細(xì)胞修復(fù)心衰小鼠的心肌損傷。這種克隆細(xì)胞比來源于骨髓的成體干細(xì)胞修復(fù)作用更快、更有效,可以取代40%的瘢痕組織和恢復(fù)心肌功能。這是首次顯示克隆干細(xì)胞在活體動(dòng)物體內(nèi)修復(fù)受損組織。
·干細(xì)胞研究的意義
分化后的細(xì)胞,往往由于高度分化而完全喪失了再分化的能力,這樣的細(xì)胞最終將衰老和死亡。然而,動(dòng)物體在發(fā)育的過程中,體內(nèi)卻始終保留了一部分未分化的細(xì)胞,這就是干細(xì)胞。干細(xì)胞又叫做起源細(xì)胞、萬用細(xì)胞,是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞??梢赃@樣說,動(dòng)物體就是通過干細(xì)胞的分裂來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的更新,從而保證動(dòng)物體持續(xù)生長發(fā)育的。
干細(xì)胞根據(jù)其分化潛能的大小,可以分為兩類:全能干細(xì)胞和組織干細(xì)胞。前者可以分化、發(fā)育成完整的動(dòng)物個(gè)體,后者則是一種或多種組織器官的起源細(xì)胞。人的胚胎干細(xì)胞可以發(fā)育成完整的人,所以屬于全能干細(xì)胞。
本文地址:http://www.mcys1996.com/jiankang/285990.html.
聲明: 我們致力于保護(hù)作者版權(quán),注重分享,被刊用文章因無法核實(shí)真實(shí)出處,未能及時(shí)與作者取得聯(lián)系,或有版權(quán)異議的,請(qǐng)聯(lián)系管理員,我們會(huì)立即處理,本站部分文字與圖片資源來自于網(wǎng)絡(luò),轉(zhuǎn)載是出于傳遞更多信息之目的,若有來源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益,請(qǐng)立即通知我們(管理員郵箱:douchuanxin@foxmail.com),情況屬實(shí),我們會(huì)第一時(shí)間予以刪除,并同時(shí)向您表示歉意,謝謝!