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1、干細胞及干細胞生物工程近年來在干細胞理論和技術研究方面取得了長足的進展。1999年12月,美國《科學》雜志把干細胞生物學和以干細胞臨床應用為內容的干細胞生物工程評為20世紀世界科學進展的最重要領域。已經成為繼人類基因組大規(guī)模測序之后最具活力、最有影響和最有應用前景的生命科學研究領域之一。1干細胞的概念干細胞(StemCell)是一種具有自我復制功能和多分化潛能的早期未分化細胞。在特定條件下,它可以分化成不同的功能細胞,形成多種細胞和器官。按其分化階段不同,干細胞大致可分為胚胎和成體干細胞。干細胞的發(fā)現(xiàn)80年代,英國劍橋大學的Evans和Kaufman從小鼠囊胚中分離出胚胎干細胞
2、。1995年,美國Thomson從恒河猴胚囊中分離、克隆建立了第1個靈長類動物的胚胎干細胞系。1998年,Thomson又利用臨床上自愿捐獻的體外受精的胚胎內細胞團建立了人胚胎干細胞系。1.1胚胎干細胞胚胎干細胞又稱全能干細胞。它是從胚胎細胞團中分離出來、能在體外培養(yǎng)的一種高度未分化細胞,是一種具有全能性或多向性分化潛能的細胞。其特點是能大量繁殖并保持未分化狀態(tài);在一定條件下能向內、中、外3個胚層組織和細胞分化;易于進行基因改造操作,注入囊胚后能廣泛參與宿主胚胎各組織器官的生長發(fā)育,形成嵌合體;在體外培養(yǎng)擴增時,經遺傳操作、選擇和凍存,均不失其全能性;在不同生長條件下具有不同的
3、功能狀態(tài)。1.2成體干細胞成體干細胞又稱多能干細胞。它是指到了個體發(fā)育的一定階段甚至成體仍有分化能力的部分細胞,它們負責組織的更新和修復。這類細胞有時還可向其它組織分化,稱之為橫向分化。例如肌肉細胞在一定條件下可以分化成為有增殖能力的骨髓細胞,血液前體細胞可以變?yōu)榧∪饧毎?甚至長出肝細胞或腦細胞,故稱其為多能干細胞,如多能造血干細胞等。其特點是可分化為特定組織,當組織受到外傷、老化、疾病等損傷時,這些干細胞就增殖分化,產生新的組織來代替它們,以保持機體的動態(tài)平衡;可橫向分化為其它組織。成體干細胞橫向分化的普遍性預測并闡明橫向分化機制,就有可能利用病人自身健康組織的干細胞誘導分化
4、成病損組織的功能來治療疾病。這樣既可解決免疫排斥問題,又可避免胚胎細胞來源不足和社會倫理問題。目前研究的成體干細胞主要有造血干細胞、角膜緣干細胞、神經干細胞、皮膚干細胞、脂肪干細胞和胰腺干細胞等。2干細胞生物工程及其意義干細胞生物工程是指在體外對干細胞進行操作,包括體外增殖,定向誘導,橫向分化,基因修飾和組織成形等。干細胞生物工程科學價值在于其誘人的應用前景,用細胞技術治療疾病將是未來醫(yī)學發(fā)展的方向已從干細胞中培養(yǎng)出血液、內皮、心肌、骨、軟骨、肌腱、神經細胞等。2.1特異性分化細胞系的建立胚胎干細胞可形成生物個體的所有組織細胞。人們正致力于人類胚胎干細胞的識別、分離、體外培養(yǎng)擴
5、增與分化誘導工作。目前的研究表明,人類胚胎干細胞可在體外誘導為造血干細胞、神經干細胞和心肌干細胞等。2.2組織和器官培養(yǎng)在適當控制的條件下,胚胎干細胞有可能在體外培養(yǎng)體系中形成各種人體組織甚至人體器官。如果這一目標得以實現(xiàn),將使臨床上器官移植所面臨的器官來源緊缺以及免疫排斥等棘手問題得以解決?，F(xiàn)已可能在體外誘導形成肌肉、骨、軟骨、韌帶、肌腱以及脂肪組織等。同時,人們正致力于利用胚胎干細胞來制備肺和腎等人體器官。2.3基因治療研究胚胎干細胞也可能與基因治療技術結合起來,治療某些遺傳性疾病。由于蛋白質只能作用于細胞表面分子而發(fā)生作用;而且基因治療常有依賴病毒序列作為基因載體的弊病,
6、因此限制了“分子治療”的應用。干細胞具有自我擴增和分化功能,因此導入的“外源基因”可以有效地得以擴散;干細胞可以在體外進行操作,對基因的改造和修飾可以在體外完成并經篩選后再導入體內,避免由于基因插入而導致的細胞失常;干細胞是人體細胞,作為載體其毒性最小,而且作為生命的最小單元,是導入組織的最佳形式。2.4基因調控、定向誘導和橫向分化定向誘導是指在體外把胚胎干細胞定向誘導分化為成熟的功能細胞而橫向分化則是把一種組織的成體干細胞誘導分化成另一種組織的“干細胞”或功能細胞。不論定向誘導還是橫向分化,它們的共同基礎就是干細胞基因表達的調控。目前研究基本上都是實驗現(xiàn)象的觀察,對其機制還缺
7、乏了解,更不用說在體外進行完全的定向誘導和橫向分化。因此,必須對干細胞發(fā)育的分子調控機制做深入的探討。干細胞生物工程是21世紀的一個熱點領域干細胞可為組織工程研究提供良好的種子細胞,深入研究多能干細胞的分化機制、建立體外三維立體培養(yǎng)條件及開發(fā)可在體內應用的新型生物材料、在體外構建不同的組織器官用于臨床是干細胞生物工程研究的核心。干細胞生物工程的研究還處在一個初始階段,特別是許多理論問題尚未闡明;技術上所面臨的困難和障礙也很多,如細胞的來源、培養(yǎng)細胞的方法、誘導生長以及組織和器官的三維結構重建
