发育生物学——干细胞

发育生物学——干细胞

干细胞\n自体组织移植异体组织移植人工代用品免疫排斥反应供体数量不足道德伦理制约器官移植组织工程\n受精卵发育按严格的模式和时间次序发展，发育初级的细胞并非包含成形的形体，而是具备发育为完整个体的潜力。这种潜力，来自一组称为干细胞的分化能力。在个体发育整个过程中，由于干细胞的存在使细胞分化不断进行。干细胞\n\n干细胞（stemcell）是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下可以分化成多种功能细胞。高度的增殖潜能（自我更新能力或自我维持能力）高度的分化潜能（可分化为多种组织）\n\n\nStemcellandcloning\n根据个体发育过程中出现的先后次序不同，分为胚胎干细胞:是一种高度未分化细胞，具有发育的全能性成体干细胞:普遍存在于机体的大多数组织器官中\n胚胎干细胞，又称全能干细胞，存在于未发育成熟的胚胎，高水平表达端粒酶，可分化为除构成脐胎盘，脐带等之外的任何一种特定类型细胞。即能长成动物的任何组织和器官。\n成体干细胞：特定组织中的非特异性细胞，能无限制地分裂和自我更新。所产生的子细胞有两种结果，一是保持亲代特性，仍作为干细胞；二是不可逆地向终末方向发展，成为一至几种类型的特定细胞。\n干细胞命运各不相同，但分化机制相似：调控基因指导特异性基因的转录及特定蛋白质的合成，从而细胞逐步发展为具有专门功能的特定细胞类型。同样，干细胞也对邻近细胞的生长信号发生反应，导致特定基因活化及相应蛋白质合成，参与细胞分化，运动，或与其它细胞作用以形成组织。\n胚胎干细胞（Embryonicstemcell，ESC）从早期胚胎的内细胞群（Innercellmass，ICM）或原始生殖细胞（primordialgermcellsPGCs）分离出来的多潜能细胞系。它具有与早期囊胚ICM或PGCS相似的生物学特性，在体外能够保持正常二倍体核型和未分化状态，并且有多方向分化潜能，在适当条件下，ES细胞可被诱导分化为多种细胞、组织，也可以与受体胚胎嵌合，形成嵌合体。\n人干细胞培养过程\n\n\n内细胞群的细胞可以发育成除了胎盘以外的完整个体，因而这些细胞被认为具有全能性。胚胎干细胞的优点——全能性\nHumanblastocystbeforeandduringhatchingMouseembryonicstemcells(EScells)fromtheinnercellmass,growinginaculturedishInjectionofEScellsintotheblastocystcavity“zona”HoldingpipetInjectionpipetOct4geneexpressioninepiblast\n\n胚胎干细胞系的建立过程\n\n胚胎干细胞的研究进展1981年，人类首次成功地分离得到小鼠ES细胞。Martin等（1981），Roberston等（1987）先后建立了小鼠ES细胞系。Iannaccone等（1994）建立了大鼠的类ES细胞系。近年来，研究人员相继对猪、牛、绵羊、山羊、水貂、兔等哺乳动物ES细胞进行了深入研究。Prea等（1989）尝试性地从人畸胎瘤组织中分离ES细胞，最终建立了能分化成所有三个胚层组织的细胞系。1998年，美国威斯康星大学Thomson等率先成功分离、克隆了人胚胎干细胞，并建立了细胞系，这一研究成果立刻在国际上引起轰动，成为世界关注的焦点。\n2002年3月，美国麻省理工学院的科学家宣布，他们首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，证明了胚胎干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。目前已有报导ES细胞能在适当条件下分化为心肌细胞，胰岛细胞，血管内皮细胞，肝细胞等。\n胚胎干细胞研究的意义人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命。体外研究人胚胎的发生发育非正常发育（通过改变细胞系的靶基因）新人类基因的发现药物筛选和致畸实验作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源\n\n利用胚胎干细胞进行克隆性治疗在目前尚受到多方面的限制胚胎干细胞的来源以及由此带来的伦理道德问题异体细胞移植而带来的免疫排斥问题胚胎干细胞诱导分化的条件及分化成熟的鉴定标准尚不成熟，人们对如何避免分化不完全的胚胎干细胞在体内导致畸胎瘤的危险性仍不清楚人ESC用于临床的疾病治疗短期内将难以实现\n\n解决胚胎来源有限的途径：未成熟卵的体外成熟\n避免免疫排斥的方法（1）Knock-out胚胎干细胞的组织相容性抗原（2）Knock-in受者的组织相容性抗原（3）与同一来源的造血干细胞一同移植（4）受者的体细胞核移植\nES细胞研究的趋势改善ES细胞的体外培养条件，建立更有效更简便的获得ES细胞的方法。定向诱导分化成特定类型细胞，用于临床疾病的治疗，并解决免疫排斥和潜在的致肿瘤的问题。成体干细胞的横向分化的能力以及与胚胎干细胞的比较，成体干细胞能否替代胚胎干细胞？\n成体干细胞是存在于成体动物的许多组织和器官，具有修复和再生的能力的细胞。成体干细胞大多数时候处于静息状态。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。成体干细胞（adultstemcell，ASC）\n成体干细胞的优点成体干细胞则可从患者自身获得，不存在组织相容性的问题。成体干细胞不会诱发畸胎瘤的发生。成体干细胞也不存在伦理学争执。\n成体干细胞的不足尚未从人体的全部组织中分离出成体干细胞.成体干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低在一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植成人身上获得的干细胞可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力由于日常生活中人是暴露在各种环境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突变，成体干细胞可能包含更多的DNA异常等等。\n干细胞——组织工程理想的种子细胞\n造血干细胞造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。造血干细胞易于分离纯化，其体外扩增和诱导分化技术已较成熟；体外在多种细胞因子联合作用下，能够大量扩增并可以向红系、粒系、巨核系等各类细胞定向分化。\n\n神经干细胞神经干细胞是中枢神经系统中保持分裂和分化潜能的细胞。神经干细胞可以进一步增殖、分化成中枢神经系统某些细胞类型。当移植入中枢神经系统后不具有免疫排斥反应\n神经干细胞是一种具有广泛应用前景的干细胞：1）神经干细胞在脑中能根据其周围微环境的诱导而分裂，分化成为相应的细胞类型，其形态和功能与附近的宿主细胞非常类似。2）中枢神经系统的血脑屏障，使淋巴细胞很难进入，因此不同个体之间，甚至是不同物种之间的神经干细胞移植，都几乎没有排斥反应。\n神经干细胞研究进展神经干细胞研究起步较晚，分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材，加之胚胎细胞研究的争议尚未平息，神经干细胞的研究仍处于初级阶段。\n骨髓间充质干细胞（Mesenchymalstemcells,MSC）骨髓间充质干细胞，是骨髓中除造血细胞以外的中胚层来源的细胞，其细胞特性稳定，在连续传代培养和冻存后仍具有多向分化潜能。在特定的诱导条件下，骨髓间充质干细胞可以分化为间充质组织中的各类细胞，包括：骨、软骨、脂肪、肌腱、韧带等细胞。\n由皮肤细胞诱导分化为多能干细胞!!皮肤细胞→转染Oct3/4、Sox2、KIf4、c-myc（Cell)Oct4、Sox2、Nanog、lin28（Science)→多能干细胞（iPS)\nreprogrammingbetweendifferentiatedanddefaultepigeneticstates