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1、干细胞研究干细胞研究一、什么是一、什么是干细胞干细胞？干细胞是干细胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体胞群体，即这些细胞可通过细胞分裂维持自身细胞群的，即这些细胞可通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，同时又可进一步分化成为各种不同的组织细胞，大小，同时又可进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而构成机体各种复杂的组织器官。从而构成机体各种复杂的组织器官。“干细胞的研究与应用干细胞的研究与应用”（即干细胞生物学和以干细胞（即干细胞生物学和以干细胞临床应用为内容的干细胞生物工程）在临床应用为内容的干细胞生物工程）在公布公布的的1999年世界十大科技
2、进展中名列榜首，并于年世界十大科技进展中名列榜首，并于2000年再年再度入选世界十大科技进展。度入选世界十大科技进展。“干细胞生物学和干细胞生物工程干细胞生物学和干细胞生物工程”已成为继人类基因已成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命科学研究领域。的生命科学研究领域。2001年最后一期美国年最后一期美国Science杂志列出了杂志列出了2002年值得年值得关注的关注的6大热门科技领域，其中有大热门科技领域，其中有4项是生物科技，它们项是生物科技，它们分别是干细胞研究、蛋白质组研究、遗传学和对复杂分分别是干细胞研究、蛋
3、白质组研究、遗传学和对复杂分子生物系统的观察。子生物系统的观察。二、干细胞的分类二、干细胞的分类干细胞基本上可分为三种类型：干细胞基本上可分为三种类型：全能干细胞全能干细胞：可以分化成为所有的成体细胞和组织，并：可以分化成为所有的成体细胞和组织，并具有形成完整个体的潜能，如具有形成完整个体的潜能，如人胚胎干细胞人胚胎干细胞，有与胚胎细，有与胚胎细胞相似的形态特征及正常的二倍体核型和全能的分化能力，胞相似的形态特征及正常的二倍体核型和全能的分化能力，可以无限增殖并分化成为全身可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型，并可进多种细胞类型，并可进一步形成人体的所有组织及器官。一步形成人体的所有组
4、织及器官。多能干细胞多能干细胞：具有分化成为多种细胞、组织的潜能，但：具有分化成为多种细胞、组织的潜能，但不具备发育成完整个体的能力，如不具备发育成完整个体的能力，如造血干细胞、神经干细造血干细胞、神经干细胞、间充质干细胞、皮肤干细胞胞、间充质干细胞、皮肤干细胞等。等。专能干细胞专能干细胞：只能向一种类型或与之密切相关细胞分化，：只能向一种类型或与之密切相关细胞分化，维持某一特定组织细胞的自我更新，如维持某一特定组织细胞的自我更新，如肠上皮干细胞肠上皮干细胞。（一）、胚胎干细胞（一）、胚胎干细胞1.胚胎干细胞的生物学特点胚胎干细胞的生物学特点 胚胎干细胞（胚胎干细胞（Embryonic ste
5、m cells,ES细胞）是细胞）是从早期胚胎的内细胞团或原始生殖细胞分离出来从早期胚胎的内细胞团或原始生殖细胞分离出来的、能在体外长期培养的、高度未分化的的、能在体外长期培养的、高度未分化的具有发具有发育全能性育全能性的细胞，具有与胚胎细胞相似的形态特的细胞，具有与胚胎细胞相似的形态特征及分化潜能，在合适条件下可分化为胎儿或成征及分化潜能，在合适条件下可分化为胎儿或成体内的各种类型的组织细胞。可在体外培养、扩体内的各种类型的组织细胞。可在体外培养、扩增、克隆、冷冻，并且可进行遗传操作和选择。增、克隆、冷冻，并且可进行遗传操作和选择。2.胚胎干细胞的培养条件胚胎干细胞的培养条件 建立建立ES细
6、胞系的条件十分苛刻，既要维持细胞的未细胞系的条件十分苛刻，既要维持细胞的未分化状态和潜能性，又要使其无限增殖，因此需要分化状态和潜能性，又要使其无限增殖，因此需要将将ES细胞置于饲养细胞上培养，培养液中除必需营细胞置于饲养细胞上培养，培养液中除必需营养外，还得加入细胞分化抑制因子（如重组白血病养外，还得加入细胞分化抑制因子（如重组白血病抑制因子抑制因子LIF、IL-6等），同时还需要细胞生长促等），同时还需要细胞生长促进因子（如干细胞因子进因子（如干细胞因子SCF、碱性成纤维细胞生长、碱性成纤维细胞生长因子因子bFGF等）。等）。饲养细胞的作用是提供饲养细胞的作用是提供ES细胞生长的环境和信号
7、，细胞生长的环境和信号，分泌多种细胞因子抑制分泌多种细胞因子抑制ES细胞分化和促进其增殖。细胞分化和促进其增殖。3.胚胎干细胞的体外诱导分化胚胎干细胞的体外诱导分化体外体外ES细胞可模拟体内正常胚胎的发细胞可模拟体内正常胚胎的发育过程，分化为含有多种组织细胞的育过程，分化为含有多种组织细胞的胚胎体。在这一过程中加入某些细胞胚胎体。在这一过程中加入某些细胞诱导分化因子和化学诱导剂，可使诱导分化因子和化学诱导剂，可使ES细胞定向诱导分化为神经、造血、心细胞定向诱导分化为神经、造血、心肌和肌肉、内皮和血管、软骨细胞等。肌和肌肉、内皮和血管、软骨细胞等。4.胚胎干细胞的应用前景胚胎干细胞的应用前景体外
8、体外ES细胞的建立在细胞与个体、体外基因操作与体细胞的建立在细胞与个体、体外基因操作与体内生物学功能之间架起了一座桥梁，极大地提高了人内生物学功能之间架起了一座桥梁，极大地提高了人们对细胞分化、胚胎发育机理的认识，同时在基因功们对细胞分化、胚胎发育机理的认识，同时在基因功能研究、转基因动物制备、基因工程药物开发、人类能研究、转基因动物制备、基因工程药物开发、人类疾病的动物模型复制以及移植治疗等领域显示出十分疾病的动物模型复制以及移植治疗等领域显示出十分诱人的应用前景。诱人的应用前景。（二）、成体干细胞（二）、成体干细胞成体干细胞的进一步分化是成年动物体内组织和成体干细胞的进一步分化是成年动物体
9、内组织和器官修复、再生的基础。一般来说，成体干细胞器官修复、再生的基础。一般来说，成体干细胞的分化潜能较弱，只能分化成一种或有限的几种的分化潜能较弱，只能分化成一种或有限的几种组织功能细胞。但目前也有许多研究表明，组织功能细胞。但目前也有许多研究表明，一种一种组织的特异性干细胞可以横向分化成其它组织的组织的特异性干细胞可以横向分化成其它组织的细胞，干细胞的横向分化具有相当的普遍性细胞，干细胞的横向分化具有相当的普遍性。如。如人的骨髓干细胞可分化为肝脏细胞、肌肉细胞、人的骨髓干细胞可分化为肝脏细胞、肌肉细胞、神经细胞等，小鼠的肌肉干细胞可分化为各种血神经细胞等，小鼠的肌肉干细胞可分化为各种血细胞
10、。细胞。干细胞横向分化的发现不仅从理论上改写了干细胞横向分化的发现不仅从理论上改写了“组织组织特异性干细胞只能定向分化特异性干细胞只能定向分化”的经典概念，而且为的经典概念，而且为利用成体干细胞治疗疾病提供了可能。利用成体干细胞治疗疾病提供了可能。如果一种组如果一种组织的成体干细胞可以按照人为需要横向分化成其它织的成体干细胞可以按照人为需要横向分化成其它组织细胞，则可利用病人非病变组织的干细胞来替组织细胞，则可利用病人非病变组织的干细胞来替代病变组织的细胞从而治疗疾病，同时还从根本上代病变组织的细胞从而治疗疾病，同时还从根本上避免了由于异体移植而导致的免疫排斥。避免了由于异体移植而导致的免疫排
11、斥。因为造血干细胞是发现最早、研究最多和最先用于因为造血干细胞是发现最早、研究最多和最先用于治疗疾病的成体干细胞，长久以来人们认为治疗疾病的成体干细胞，长久以来人们认为“干细干细胞胞”只属于造血系统。只属于造血系统。近年来，由于干细胞理论的近年来，由于干细胞理论的突破和研究技术的长足进展，在几乎所有组织中都突破和研究技术的长足进展，在几乎所有组织中都发现了发现了“干细胞干细胞”。1.造血干细胞造血干细胞 造血细胞包括造血干细胞、祖细胞、前体细胞造血细胞包括造血干细胞、祖细胞、前体细胞和成熟细胞。和成熟细胞。造血干细胞具有高度自我更新和自我维持能力，造血干细胞具有高度自我更新和自我维持能力，并可
12、向各系血细胞分化。并可向各系血细胞分化。造血是由多能的造血干细胞不断进行增殖与分造血是由多能的造血干细胞不断进行增殖与分化，补充造血祖细胞，并依次分化成熟为前体化，补充造血祖细胞，并依次分化成熟为前体细胞及血细胞的动态平衡过程。正常成人每天细胞及血细胞的动态平衡过程。正常成人每天约需转换约需转换1012血细胞。血细胞。造血干细胞除了可分化为各系血细胞外，也可造血干细胞除了可分化为各系血细胞外，也可分化为神经细胞。分化为神经细胞。2.神经干细胞神经干细胞 许多退化性神经疾病都是由于神经细胞的损伤许多退化性神经疾病都是由于神经细胞的损伤或坏死造成的。或坏死造成的。如帕金森氏病（如帕金森氏病（Par
13、kinsons)是是由于产生多巴胺的神经细胞死亡引起的；老年由于产生多巴胺的神经细胞死亡引起的；老年性痴呆（性痴呆（Alzheimers)是由于生成胆碱能的神是由于生成胆碱能的神经元死亡引起的；亨廷顿舞蹈症、脑震荡、脊经元死亡引起的；亨廷顿舞蹈症、脑震荡、脊髓损伤等都是由于各种类型的神经细胞死亡引髓损伤等都是由于各种类型的神经细胞死亡引起的。但神经细胞不具再生功能，如果这些坏起的。但神经细胞不具再生功能，如果这些坏死的神经组织不能找到合适的具相关功能的组死的神经组织不能找到合适的具相关功能的组织来替代，这些疾病都不能得到有效的治疗。织来替代，这些疾病都不能得到有效的治疗。近年来的研究让人们从神
14、经干细胞中看到了近年来的研究让人们从神经干细胞中看到了希望。希望。如从小鼠胚胎干细胞中成功分离了用如从小鼠胚胎干细胞中成功分离了用于治疗的可产生多巴胺的神经细胞；从人胚于治疗的可产生多巴胺的神经细胞；从人胚胎干细胞中成功分离人的神经细胞；通过外胎干细胞中成功分离人的神经细胞；通过外科手术将流产胎儿脑组织的干细胞植入帕金科手术将流产胎儿脑组织的干细胞植入帕金森综合症患者的大脑相关部位，可使帕金森森综合症患者的大脑相关部位，可使帕金森病患者的部分脑功能得到恢复。病患者的部分脑功能得到恢复。3.间充质干细胞间充质干细胞 间充质干细胞（间充质干细胞（Mesenchymal stem cells,MSC
15、)存存在于人类、鸟类等生物的骨髓中，具有向骨、软在于人类、鸟类等生物的骨髓中，具有向骨、软骨、脂肪、肌肉及肌腱等组织分化的潜能。骨、脂肪、肌肉及肌腱等组织分化的潜能。利用间充质干细胞进行组织工程学具有许多优势：利用间充质干细胞进行组织工程学具有许多优势：a.取材方便且对机体无害，取材方便且对机体无害，MSC取自自体骨髓取自自体骨髓简单的骨髓穿刺即可获得；简单的骨髓穿刺即可获得；b.MSC取自自体，由取自自体，由它诱导而来的组织进行移植时不存在组织配型和它诱导而来的组织进行移植时不存在组织配型和免疫排斥的问题；免疫排斥的问题；c.由由MSC分化的组织类型广泛，分化的组织类型广泛，可让其分化为各种
16、类型的间充质组织，如骨、软可让其分化为各种类型的间充质组织，如骨、软骨、肌肉肌腱、心肌、真皮组织。骨、肌肉肌腱、心肌、真皮组织。4.表皮干细胞表皮干细胞5.肝干细胞肝干细胞三、干细胞治疗的特点三、干细胞治疗的特点如果有充足的干细胞，而且定向诱导和横向分化能如愿以偿，干细如果有充足的干细胞，而且定向诱导和横向分化能如愿以偿，干细胞治疗疾病则将具有很多传统治疗方法无法比拟的优点：胞治疗疾病则将具有很多传统治疗方法无法比拟的优点：1.一次性介入，永久性治疗一次性介入，永久性治疗2.不需要完全了解疾病发病的确切机理不需要完全了解疾病发病的确切机理3.应用自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应应用自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应4.可以治疗多种疾病，尤其是那些对于传统治疗方法无能为力的可以治疗多种疾病，尤其是那些对于传统治疗方法无能为力的组织坏死性疾病如缺血引起的心肌坏死，退行性病变如帕金森组织坏死性疾病如缺血引起的心肌坏死，退行性病变如帕金森综合症，自体免疫性疾病如胰岛素依赖型糖尿病等。综合症，自体免疫性疾病如胰岛素依赖型糖尿病等。Ramiya 等从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛导管中分离出胰岛
