中-南-大-學(xué)-生物學(xué)進(jìn)展課件

2007年，美國(guó)科學(xué)家馬里奧·卡佩奇和奧利弗·史密西斯、英國(guó)科學(xué)家馬丁·埃文斯。這三位科學(xué)家是因?yàn)椤霸谏婕芭咛ジ杉?xì)胞和哺乳動(dòng)物DNA重組方面的一系列突破性發(fā)現(xiàn)”而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

。1

10月8日，日本京都大學(xué)物質(zhì)-細(xì)胞統(tǒng)合系統(tǒng)據(jù)點(diǎn)iPS細(xì)胞研究中心長(zhǎng)山中伸彌與英國(guó)劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家約翰·戈登，因在細(xì)胞核重新編程研究領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。對(duì)此，業(yè)界的共識(shí)是:干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景逐漸明朗?！案杉?xì)胞與醫(yī)學(xué)研究”是現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展的前沿。2

2006年他們把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉(zhuǎn)錄因子基因克隆入病毒載體，然后引入小鼠成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與胚胎干細(xì)胞相似。在2007年11月，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在人體皮膚細(xì)胞上也獲得了成功。隨后，眾多科學(xué)家在小鼠、人等不同物種誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞成功已經(jīng)反復(fù)證明了細(xì)胞命運(yùn)可以通過(guò)基因調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換。3stemcellDevelopmental

Biology

School

of

Biological

Science

and

technology

Central

South

Universityzhangjianxiang@4一、Whatarethestemcells?二、Classificationofstemcell

三、Characteristicofstemcell

四、Wheretogetstemcells？五、Whytostudy?

Howtoseparateandgrow?……andmore

5

一、Whatarestemcells?

個(gè)體發(fā)育過(guò)程的發(fā)展和完成主要是通過(guò)細(xì)胞的分裂來(lái)實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞的分裂可以擴(kuò)大細(xì)胞的群體，并由此伴隨不同分化趨勢(shì)的形成，所以，個(gè)體發(fā)育的過(guò)程實(shí)際上是細(xì)胞的不斷增殖和有序分化的結(jié)果。在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，總有一些細(xì)胞保持分裂增殖能力、自我復(fù)制能力(自我更新)、和多向分化潛能。即能分化產(chǎn)生一種以上“專業(yè)”細(xì)胞的原始細(xì)胞稱為干細(xì)胞（stemcell）。6在發(fā)育過(guò)程中，干細(xì)胞的“分化等級(jí)”不同。如存在于囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（innercellmass，ICM）中的細(xì)胞具有分化為機(jī)體任何一種組織器官的潛能，習(xí)慣上把它稱為胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcell，ES細(xì)胞）。這種干細(xì)胞的分化潛能很“寬”，認(rèn)為它們是各種組織器官中的干細(xì)胞，具有自我更新能力。在成體內(nèi)，通常只能分化為相應(yīng)（或相鄰）組織器官組成的“專業(yè)”細(xì)胞，稱為成體干細(xì)胞（somaticstemcell）。其分化潛能較“窄”，這樣的干細(xì)胞在個(gè)體發(fā)育中的“等級(jí)”較低。7二、Classificationofstemcell

1.根據(jù)干細(xì)胞的分化潛能分為:

①.全能干細(xì)胞（Totipotent/Omnipotentstemcells）②.多能干細(xì)胞（Pluripotent

stemcells）（multipotentstemcells）④.單能干細(xì)胞（Unipotentstemcells）2.根據(jù)干細(xì)胞的來(lái)源分為:

①.胚胎干細(xì)胞（Embryonicstemcells，ES細(xì)胞）

②.成體干細(xì)胞（Somatic/adultstemcells）

③.誘導(dǎo)干細(xì)胞（inducedpluripotentstemcelliPS)8TotipotentPluripotentMultipotentUnipotent

Fertilizedegghumanembryosterminatedpregnancies、adulttissueadultorgantissueallthedifferenttypesofcellsinthebody.anytypeofcellinthebodyexceptthoseneededtodevelopafetusmultipledifferentcelltypesDifferentiationuni-typecells

Namesourcepotential91.全能干細(xì)胞Totipotent/Omnipotentstemcells

可以分化形成人體所有的各種細(xì)胞、或發(fā)育形成新的個(gè)體。是指在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中的受精卵及受精卵分裂形成2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)卵裂球時(shí)期的細(xì)胞。10卵裂期的全能干細(xì)胞Totipotent/Omnipotentstemcells受精后36~48h二細(xì)胞期受精后18~36h8細(xì)胞期受精后48~60h受精卵四細(xì)胞期11

2.多能干細(xì)胞（Pluripotentstemcell）可以分化形成人體所具有的全部細(xì)胞、但不能發(fā)育形成新的個(gè)體。主要存在于早期胚胎發(fā)育形成的桑椹胚和胚泡的成胚體細(xì)胞。在此階段只要提取一個(gè)細(xì)胞，都可以可以分化形成人體所具有的全部細(xì)胞，所以都是多能的干細(xì)胞。

胚泡期的多能干細(xì)胞Pluripotentstemcell內(nèi)細(xì)胞群123.多能干細(xì)胞：multipotentstemcells各胚層期的多能干細(xì)胞

multipotentstemcells131.造血干細(xì)胞2.造血祖細(xì)胞很強(qiáng)的增殖潛能多向分化能力自我復(fù)制能力增殖能力有限形成特定類型的血細(xì)胞多能造血干細(xì)胞與單能造血祖細(xì)胞Multipotentstemcells、Unipotentstemcells

14造血多能干細(xì)胞：Multipotentstemcells

Unipotentstemcells154.單能干細(xì)胞：

Unipotentstemcells

單能的或者專能的，只能分化成一種細(xì)胞，或者是分化成關(guān)系比較密切的兩種細(xì)胞，這叫單能干細(xì)胞。單能干細(xì)胞存在非常廣泛，存在機(jī)體的組織器官，大部分組織器官都要存在。16Unipotentstemcellsmultipotentstemcells17三、干細(xì)胞生物學(xué)特性

受精卵通過(guò)不同的增殖分化途徑，形成不同特征的細(xì)胞組成功能各異的組織器官。即使在動(dòng)物個(gè)體成熟之后，機(jī)體的組織仍然保持自體穩(wěn)定性（homeostasis），即在特定組織中細(xì)胞的死亡和增生保持動(dòng)態(tài)的平衡。此外，各種組織還保持著程度不同的損傷后再生的能力。如一些兩棲類動(dòng)物的肢體在損傷后可完美的再生；哺乳動(dòng)物的造血系統(tǒng)，小腸，毛發(fā)，皮膚也保持了一定的再生能力；肝在損傷不太嚴(yán)重時(shí)也可部分再生。18(一)干細(xì)胞的形態(tài)和生化特征

1.干細(xì)胞的形態(tài)特征：干細(xì)胞在形態(tài)上有一些共性。在體外呈圓形，卵圓形，核型正常，單層或多層，密集堆積而形成島狀或巢狀群體生長(zhǎng)狀況;在體內(nèi)細(xì)胞通常呈圓形或橢圓形，體積較小，核質(zhì)比相對(duì)較大。不同種類的干細(xì)胞生化特征各有差異，都具有比較高的端粒酶活性，這與其增殖能力是密切相關(guān)的。如造血干細(xì)胞（hematopoiesisstemcell，HSC）有類似癌細(xì)胞的端粒酶活性，而由其分化產(chǎn)生的專能性祖細(xì)胞的端粒酶活性則顯著下降。19

2.生化特征：表現(xiàn)為端粒酶活性高，堿性磷酸(Alkalinephoshatase，AKP)和特異性免疫標(biāo)志物：階段特異性胚胎抗原（Stage-specificembryonicantigen，SSEA），TRA-1-60表達(dá)。具有全能性或多能性，在適當(dāng)條件下ES細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化為多種特定的細(xì)胞或組織，包括神經(jīng)元、造血干細(xì)胞和心肌細(xì)胞;是研究哺乳動(dòng)物胚胎早期發(fā)生、細(xì)胞分化、基因調(diào)控等發(fā)育生物學(xué)基本問(wèn)題的理想模型。胚胎干細(xì)胞的特征：

20

細(xì)胞標(biāo)志物:

ES細(xì)胞表達(dá)早期胚胎細(xì)胞及胚胎腫瘤細(xì)胞(Embryonalcarcinomacells，EC細(xì)胞)的表面抗原、AKP及端粒酶活性。但細(xì)胞標(biāo)記物SSEA的表達(dá)的種屬差異性：在鼠和人的ES細(xì)胞之間存在種屬差異性，如小鼠內(nèi)細(xì)胞群(Innercellmass，ICM)的ES細(xì)胞均表達(dá)SSEA-1，但不表達(dá)SSEA-3和SSEA-4；而人和恒河猴ES細(xì)胞SSEA-1為陰性，但分離的人ES細(xì)胞或原始生殖細(xì)胞(Primordialgermcells，PGCs)SSEA-l、SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60等均為陽(yáng)性，利用這種差異和表面標(biāo)志物可以驗(yàn)證胚胎干細(xì)胞。21表幾種不同細(xì)胞的標(biāo)志物

SSEA-1SSEA-3SSEA-4TRA-1-60TRA-1-81AKP端粒酶

小鼠ICM＋－－？？？

？

ES＋－－？？？

？

EC＋－－？？？

？

EG＋？？？？？

？

人ES－＋＋＋＋

＋＋＋

＋

EC－－

＋＋＋＋

？

PGCs

＋－/＋＋＋＋？

？恒河猴ES－？？？？？？

+陽(yáng)性，-陰性，+++強(qiáng)陽(yáng)性，-/+可疑陽(yáng)性，？未見報(bào)道22ES的生物學(xué)特性小結(jié)

a.ES形態(tài)學(xué)特性與生長(zhǎng)特性，在體外呈圓形，卵圓形，核型正常，單層或多層，密集堆積而形成島狀或巢狀群體生長(zhǎng)狀況;在體內(nèi)細(xì)胞通常呈圓形或橢圓形，體積較小，核質(zhì)比相對(duì)較大。

b.ES在體內(nèi)能自我復(fù)制，體外培養(yǎng)細(xì)胞能增殖，選擇克隆和冷凍保存等，冷凍不失其原有的特性。

c.ES具高度分化的潛能，ES在外培養(yǎng)需要在飼養(yǎng)層上培養(yǎng)才能維持為分化的狀態(tài)，一旦脫離飼養(yǎng)層就自發(fā)進(jìn)行分化。

d.人胚胎干細(xì)胞表面抗原及定向誘導(dǎo)分化。23(二)干細(xì)胞的增殖特征1、干細(xì)胞增殖的緩慢性當(dāng)干細(xì)胞進(jìn)入分化程序前，首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的增殖期，產(chǎn)生過(guò)渡型細(xì)胞(transitamplifyingcell)。經(jīng)若干次分裂后產(chǎn)生分化細(xì)胞，過(guò)渡細(xì)胞的作用是可以通過(guò)較少的干細(xì)胞產(chǎn)生較多的分化細(xì)胞。認(rèn)為①緩慢增殖有利于干細(xì)胞對(duì)特定的外界信號(hào)作出反應(yīng)，以決定進(jìn)行增殖還是進(jìn)入特定的分化程序；②緩慢增殖還可以減少基因發(fā)生突變的危險(xiǎn)；③以便終生存在于機(jī)體內(nèi)。由此，有學(xué)者認(rèn)為干細(xì)胞的作用可能不僅僅在于補(bǔ)充組織細(xì)胞，干細(xì)胞的存在還具有防止體細(xì)胞自發(fā)突變的作用。242、干細(xì)胞增殖系統(tǒng)的自穩(wěn)定性

自穩(wěn)定性(self-maintenance)是指干細(xì)胞可以自我更新(selfrenewing)并維持其自身數(shù)目恒定。這是干細(xì)胞的基本特征之一。3、干細(xì)胞分裂特性當(dāng)干細(xì)胞分裂時(shí)，如兩個(gè)子代細(xì)胞都是干細(xì)胞或都是分化細(xì)胞，則稱為對(duì)稱分裂(symmetrydivision)；產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞和一個(gè)子代分化細(xì)胞則稱為不對(duì)稱分裂(asymmetrydivision)。無(wú)脊椎，不對(duì)稱分裂是干細(xì)胞維持自身數(shù)目恒定的方式。25(三)干細(xì)胞的分化特征1、干細(xì)胞的分化潛能

受精卵分裂成多個(gè)完全一樣的全能細(xì)胞，將這些細(xì)胞中的任何一個(gè)，放到女性的子宮內(nèi)，都可發(fā)育為胚胎，這種細(xì)胞和受精卵統(tǒng)稱為全能性(totipotent)干細(xì)胞。胚泡中的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞稱為胚胎干細(xì)胞，可以分化為任何一種組織類型的細(xì)胞，具有多能性(pluripotent)，但不能分化為生物個(gè)體。多能性干細(xì)胞進(jìn)一步分化產(chǎn)生成體干細(xì)胞，如腸干細(xì)胞(intestinalstemcells)可分化產(chǎn)生腸的吸收細(xì)胞(absorptivecell)、杯狀細(xì)胞(gobletcell)、潘氏細(xì)胞(Paneth’scell)和腸內(nèi)分泌細(xì)胞。這種干細(xì)胞被稱為專能性干細(xì)胞(multipotentstemcells)，其分化潛能受到限制，能分化形成與之相關(guān)的特定功能的細(xì)胞。262、干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化和去分化成體干細(xì)胞被認(rèn)為只能向一種類型或與之相關(guān)的細(xì)胞分化，如神經(jīng)干細(xì)胞只能向神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞分化而不能分化成其他類型細(xì)胞。但目前證據(jù)表明，自成體分離的干細(xì)胞仍然具有相當(dāng)?shù)目伤苄浴Ｒ环N組織類型的干細(xì)胞在適當(dāng)條件下可以分化為另一種組織類型的細(xì)胞，稱為干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化(transdifferentiation)。

1997年Eglitis等人證明成年動(dòng)物的造血干細(xì)胞可分化成為腦的星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。造血干細(xì)胞還分化形成肌細(xì)胞、肝細(xì)胞；神經(jīng)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為造血細(xì)胞等。一種干細(xì)胞向其前體細(xì)胞的逆向轉(zhuǎn)化被稱為干細(xì)胞的去分化(dedifferentiation)。有實(shí)驗(yàn)表明，把成體鼠的造血干細(xì)胞注入鼠胚泡的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)后，成體鼠造血干細(xì)胞的分化狀態(tài)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，開始表達(dá)胎鼠的珠蛋白基因，并參與胚胎造血系統(tǒng)的發(fā)育。27(四)干細(xì)胞增殖與分化的微環(huán)境干細(xì)胞在機(jī)體組織中的居所稱為干細(xì)胞巢(stemcellniche)。在干細(xì)胞巢中所有控制干細(xì)胞增殖與分化的外部信號(hào)構(gòu)成了干細(xì)胞生存的微環(huán)境。包括以下三個(gè)層面:

1、分泌因子:

為數(shù)眾多的分泌因子對(duì)干細(xì)胞的生存、增殖和分化具有重要的調(diào)控作用。如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGFβ)和Wnt家族的分泌信號(hào)分子有重要作用。

2、受體介導(dǎo)的細(xì)胞間相互作用:

現(xiàn)已知由Notch受體及其配體Delta介導(dǎo)的細(xì)胞粘附與Numb蛋白的協(xié)同作用調(diào)控著果蠅感受器官干細(xì)胞的正確分化。

3、整合素和細(xì)胞外基質(zhì):干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extra-cellularmatrix，ECM)的附著可以由多種受體介導(dǎo)，目前認(rèn)識(shí)最多的是整合素。如β-整合素對(duì)維持表皮干細(xì)胞(epidermalstemcell)的增殖分化至關(guān)重要。28干細(xì)胞的存在部位目前仍未確定，也沒(méi)有與分化細(xì)胞截然不同的形態(tài)學(xué)特征。不同的干細(xì)胞具有各異的生化標(biāo)志，這對(duì)于確定干細(xì)胞位置、尋找和分離干細(xì)胞有重要意義。如角蛋白15是確定毛囊中表皮干細(xì)胞的標(biāo)志分子，巢素蛋白（nestin）為神經(jīng)干細(xì)胞（neuralstemcell，NSC）的標(biāo)志分子等等。因此不能僅根據(jù)細(xì)胞的形態(tài)和生化特征來(lái)尋找干細(xì)胞。具有增殖和自我更新能力以及在適當(dāng)條件下表現(xiàn)出一定的分化潛能才是干細(xì)胞的本質(zhì)特點(diǎn)。四、

Wheretogetsomaticstemcell

?29四、

Wheretogetsomaticstemcell

?HumanembryosthatareafewdaysoldFetaltissuefromterminatedpregnanciesBabyteethUmbilicalcordbloodandUmbilicalcordAdulttissues:brain,bonemarrow,skin,liver,skeletalmuscles,etc30胚胎干細(xì)胞（Embryonicstemcells)

胚胎干細(xì)胞又可分為兩種即異體胚胎干細(xì)胞、自體胚胎干細(xì)胞

異體胚胎干細(xì)胞：是通過(guò)自然懷孕或人工受孕獲得胚胎，然后再在胚胎不同發(fā)育階段，提取能分化發(fā)育成各種器官組織的干細(xì)胞，以培養(yǎng)人們所需的器官組織為目的，只為獲得干細(xì)胞。遺傳基因可能全部或部分由供體提供。

自體胚胎干細(xì)胞：是通過(guò)胚胎克隆的技術(shù)路線獲取胚胎干細(xì)胞。所有遺傳基因都可能來(lái)源于受體自身。31(一)人胚胎干細(xì)胞的獲得胚胎干細(xì)胞通常是從囊胚期胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)獲得的。人和小鼠的原始生殖細(xì)胞(primordialgermcell，PGC)經(jīng)適當(dāng)信號(hào)分子的作用后，可從中獲得胚胎干細(xì)胞。從5～9周齡流產(chǎn)胎兒的性腺嵴（gonadalridges）及腸系膜中分離獲得多潛能干細(xì)胞系，利用體細(xì)胞核移植技術(shù)是獲得胚胎干細(xì)胞從臍帶血中獲得干細(xì)胞。32(二)成體干細(xì)胞的獲得adult/Somaticstemcells

新近的研究表明，眾多成體組織中（如骨髓、肌肉、胃腸道、皮膚、視網(wǎng)膜、外周及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等）均存在干細(xì)胞，稱為成體干細(xì)胞。多數(shù)成體干細(xì)胞在出生前或出生后很短時(shí)間內(nèi)分化為特定的組織細(xì)胞，僅一小部分仍然保留干細(xì)胞的特性存在于組織中。與胚胎干細(xì)胞相比，成體干細(xì)胞在移植醫(yī)學(xué)中有諸多優(yōu)勢(shì)。33如：從患者身上直接分離干細(xì)胞，在體外進(jìn)行大量增殖，誘導(dǎo)它們分化為所需細(xì)胞類別，再將它們移植回病人體內(nèi)，這樣不會(huì)因發(fā)生免疫排斥反應(yīng)而失敗，同時(shí)還可以避免使用來(lái)源于人體或胎兒的干細(xì)胞所帶來(lái)倫理上的爭(zhēng)端。另外，成體干細(xì)胞具有可塑性，能夠分化為多種組織細(xì)胞成分，其中以造血干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞最引人注目。3435

Adultstemcellsoccurinmanytissues.Theyenternormaldifferentiationpathwaystoformthespecializedcelltypesofthetissueinbody.Adultstemcellsmayalsoexhibittheabilitytoformspecializedcelltypesofothertissues,whichisknownastransdifferentiationorplasticity.

Hematopoieticstemcellsgiverisetoallthetypesofbloodcells:RBC,BL,TL,NKC,N,B,E,M,Pt,andmacrophages.

Bonemarrowstromalcells(mesenchymalstemcells)giverisetoavarietyofcelltypes:bonecells(osteocytes),cartilagecells,fatcells(adipocytes),andotherkindsofconnectivetissuecellssuchasthoseintendons.36

Neuralstemcellsinthebraingiverisetoitsthreemajorcelltypes:neuronsandtwocategoriesofnon-neuronalcells—astrocytesandoligodendrocytes.

Epithelialstemcellsintheliningofthedigestivetractoccurindeepcryptsandgiverisetoseveralcelltypes:absorptivecells,gobletcells,Panethcells,andAPUD.

Skinstemcellsoccurinthebasallayeroftheepidermisandatthebaseofhairfollicles.Theepidermalstemcellsgiverisetokeratinocytes,whichmigratetothesurfaceoftheskinandformaprotectivelayer.Thefollicularstemcellscangiverisetoboththehairfollicleandtotheepidermis.37

Hematopoieticstemcellsmaydifferentiate

into:

threemajortypesofbraincells(neurons,oligodendrocytes,andastrocytes);skeletalmusclecells;cardiacmusclecells;andlivercells.Bonemarrowstromalcellsmaydifferentiateinto:

cardiacmusclecellsandskeletalmusclecells.Brainstemcells

maydifferentiateinto:bloodcellsandskeletalmusclecells.38成體干細(xì)胞的特點(diǎn)a.一般處于休眠狀態(tài)b.在不同的情況下表現(xiàn)出不同程度的增殖和自我更新，使機(jī)體的組織仍然保持自體穩(wěn)定性（homeostasis）c.多數(shù)情況下，成體干細(xì)胞分化為與組織來(lái)源一致的細(xì)胞，但有些情況下，會(huì)展現(xiàn)出很強(qiáng)的跨系或跨胚層分化的潛能。39（三）StemcellofUmbilicalcordblood圖1人臍血MSCs的形態(tài)A．原代9d示細(xì)胞集落B．原代11dC．P1代8dD．P4代細(xì)胞BCAD40ABCD圖3人臍血MSCs表面CD分子測(cè)定A．CD34－

B．CD45－

C．CD44＋

D．CD105＋41AB圖4人臍血MSCs向脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞誘導(dǎo)A．向脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)（油紅O染脂滴，蘇木精復(fù)染核）

B．向成骨細(xì)胞誘導(dǎo)（四環(huán)素?zé)晒鈽?biāo)記）42ABC圖5人臍血MSCs向神經(jīng)樣細(xì)胞誘導(dǎo)A．誘導(dǎo)前B．誘導(dǎo)后NSE陽(yáng)性C．誘導(dǎo)后NF陽(yáng)性43Whytousestemcell?

??44胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用前景

ES細(xì)胞系的建立對(duì)科學(xué)發(fā)展和人類健康具有極其重要的意義,具有其它干細(xì)胞系無(wú)法替代的作用：

①.研究基因功能的有效手段，根據(jù)同源重組的原理，利用基因打靶技術(shù)進(jìn)行基因組內(nèi)指定基因的失活，研究人體某一基因的功能。Whytostudystemcells?45②.揭示人及動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中的決定基因，有助于闡明發(fā)育早期的復(fù)雜事件。③.可作為評(píng)價(jià)新藥及化學(xué)產(chǎn)品毒性及效能的檢測(cè)系統(tǒng)，能夠極大地改進(jìn)評(píng)價(jià)藥品安全性的實(shí)驗(yàn)方法。例如，新的藥物或治療方法可在人的ES細(xì)胞系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既可縮短藥品研制的時(shí)間，又可以更安全地進(jìn)行動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)，這樣可降低成本，縮短研究周期，具有重要的商業(yè)價(jià)值。46

④.組織、細(xì)胞移植和基因治療的載體的重要來(lái)源，即ES細(xì)胞有可能成為細(xì)胞替代療法和組織器官移植的最佳來(lái)源。ES細(xì)胞作為個(gè)體發(fā)育的原始干細(xì)胞，理論上，它可無(wú)限地提供特異性細(xì)胞類型，用于置換疾病組織和放化療損傷后的造血系統(tǒng)，為遺傳病、腫瘤和衰老等疾病的治療提供新的途徑。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ES細(xì)胞可以分化為包括神經(jīng)干細(xì)胞、胰島樣結(jié)構(gòu)等三胚層的多種組織細(xì)胞成分，但是，這種干細(xì)胞也存在與患者缺乏遺傳上的相容性，移植物因免疫排斥而失敗，相信通過(guò)基因工程技術(shù)敲除干細(xì)胞MHC抗原，制成通用型干細(xì)胞有望克服宿主抗移植物反應(yīng)。47Tissue/cellsfortranslationHeartdiseaseDiabetesParkinson’sdiseaseEnd-stagekidneydiseaseLiverfailureCancer48自體胚胎干細(xì)胞的研究和應(yīng)用

通過(guò)體細(xì)胞的核移植到卵細(xì)胞里，把卵細(xì)胞的核取出來(lái)，這叫無(wú)性生殖。現(xiàn)在很多都是治療性克隆，通過(guò)提取干細(xì)胞，用于治療供核者本身的疾病。自體胚胎干細(xì)胞的研究非常有意義，潛能非常大?，F(xiàn)在醫(yī)學(xué)對(duì)很多慢性、非傳染性疾病無(wú)能為力；但是干細(xì)胞的研究，特別是自體胚胎干細(xì)胞，將來(lái)可以提取干細(xì)胞，用于治療衰老及老年癡呆、糖尿病。癌癥是癌細(xì)胞無(wú)限擴(kuò)增，破壞正常組織；心肌梗塞是因?yàn)樾募〖?xì)胞壞死了。干細(xì)胞的研究都可以治療這些疾病，當(dāng)然還有一個(gè)過(guò)程，現(xiàn)在已經(jīng)得到了很好的運(yùn)用，而且進(jìn)展非常快。49采用培養(yǎng)人體自身干細(xì)胞的方法培育各種器官組織，就可用于器官組織移植，或直接在壞死的器官組織部位培養(yǎng)出新的器官組織。因此，用干細(xì)胞培育器官組織的概念，實(shí)際上是用干細(xì)胞重新發(fā)育分化成器官組織，即再造器官組織，這與克隆人（生物體）既有聯(lián)系又有區(qū)別?；蛟S稱“再造器官組織”比稱“克隆器官組織”更好，概念更明確亦不易混淆。50干細(xì)胞“生產(chǎn)”器官

再造器官組織新概念一些生物諸如蠑螈、水蛭和章魚等，如果手、足甚至半截身子斷了，很快就能重新長(zhǎng)出來(lái)。研究人員認(rèn)為，這些生物全身都有像胚胎干細(xì)胞那樣的能進(jìn)行全能分化增殖的細(xì)胞，即干細(xì)胞。現(xiàn)代科學(xué)術(shù)已經(jīng)能在體外鑒定、分離、純化、擴(kuò)增和培養(yǎng)人體胚胎干細(xì)胞和各種器官組織干細(xì)胞。51干細(xì)胞再造組織器官研究——

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯現(xiàn)曙光

美國(guó)先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司和哈佛醫(yī)學(xué)院等研究人員稱，2002年７月的《自然生物技術(shù)》雜志以封面文章形式，發(fā)表他們聯(lián)合研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明用克隆羊多利的方法可以提取干細(xì)胞，并定向培養(yǎng)成各種器官組織，這種器官和組織不會(huì)引起受體免疫排異反應(yīng)。這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的研究人員從成年母牛耳朵上提取皮膚細(xì)胞（體細(xì)胞），將其ＤＮＡ植入另一只母牛的去核卵細(xì)胞中，再用電刺激法促使它們?nèi)诤喜l(fā)育分化。細(xì)胞分化４天后形成胚囊，即胚胎干細(xì)胞團(tuán)。此時(shí)，研究人員將它們植入代理母牛子宮，經(jīng)過(guò)５～６周孕育成早期胚胎。52

研究人員從早期胚胎中分離提取心臟、骨骼和腎臟等干細(xì)胞，并將其放在三維“支架”上培養(yǎng)成相應(yīng)器官組織；再把這些由胚胎干細(xì)胞形成的早期器官組織，植入提供皮膚細(xì)胞的母牛體內(nèi)。３個(gè)月之后，母牛免疫系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)排異跡象。而且用這種克隆方法培育的器官組織，與普通牛器官組織功能類似。這說(shuō)明利用克隆羊多利的技術(shù)路線，可以獲得不受免疫系統(tǒng)排異的較為理想的器官。這種方式如果用在人身上，是否完全沒(méi)有免疫原性，即刺激受者免疫系統(tǒng)并產(chǎn)生排異，還得靠實(shí)驗(yàn)證明，因?yàn)檫@種再造(克隆)器官的細(xì)胞中還含有他人的線粒體DNA，其編碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)有可能引起免疫排異。53小鼠模型中的心肌功能————

有可能成為未來(lái)的心肌梗塞治療方式

最近在佛羅里達(dá)州奧蘭多市召開的第四十三屆美國(guó)血液學(xué)會(huì)年會(huì)上，有研究報(bào)導(dǎo)，向梗死的小鼠心組織中，注射骨髓幹細(xì)胞，可以使功能性心肌再生。

來(lái)自美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院、國(guó)家人類基因組研究所的DonaldOrlic博士說(shuō)：“成人幹細(xì)胞可用於修復(fù)器官並且可用於治療心臟病，以及其他疾病的理論，看來(lái)已經(jīng)更進(jìn)一步成為事實(shí)?！?4

Orlic的研究小組在小鼠體內(nèi)引起心梗，將骨髓幹細(xì)胞注射入鄰近梗塞心肌的健康心肌中。心肌梗塞27天後，70％的實(shí)驗(yàn)組的心肌梗塞的小鼠，呈現(xiàn)再生的跡象，肌細(xì)胞開始生長(zhǎng)，含有成熟紅細(xì)胞的血管形成，顯示這些血管與存活的冠狀動(dòng)脈連通。基因標(biāo)誌物顯示，心臟中的再生細(xì)胞，是由最初的骨髓細(xì)胞轉(zhuǎn)化而成。

實(shí)驗(yàn)組小鼠，存活率為73％，而未治療對(duì)照組的存活率為17％，在第九天時(shí)，心臟射血分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組高48％，第16天時(shí)，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組高62％，第26天，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組高114％。55骨髓幹細(xì)胞也可以發(fā)揮肝臟的功能

根據(jù)在Dallas的美國(guó)肝臟疾病研究聯(lián)合會(huì)年度會(huì)議的研究指出：部分人群的骨髓幹細(xì)胞可以表達(dá)肝臟專一的功能。

LosAngelesCedars-Sinai醫(yī)學(xué)中心的Avital發(fā)言：“我們可以向失去肝臟功能的患者，移植來(lái)自其自身骨髓的幹細(xì)胞，不用擔(dān)心免疫排斥反應(yīng)，就可以產(chǎn)生一個(gè)新的肝臟代替沒(méi)有功能的肝臟。這種治療還有希望在單基因病的治療中發(fā)揮作用，從患者體內(nèi)提取的幹細(xì)胞，並把它植入肝臟中，患者可以緩解由於遺傳造成的缺陷?！?6

這項(xiàng)研究，首先分離、定型來(lái)自骨髓的肝母細(xì)胞(干細(xì)胞)，標(biāo)記造血干細(xì)胞，并將造血干細(xì)胞和肝母細(xì)胞混合培養(yǎng)。研究中，Avital小組分離來(lái)自大鼠和患有爆發(fā)性肝壞死，酒精性肝炎，原發(fā)性肝導(dǎo)管硬化，和原發(fā)性膽汁淤積性肝硬化患者的幹細(xì)胞。去除原來(lái)的肝細(xì)胞後，經(jīng)培養(yǎng)的大鼠和人類骨髓來(lái)源的肝幹細(xì)胞表現(xiàn)肝細(xì)胞專一的標(biāo)記，並發(fā)揮肝臟特有的功能，包括清除氨和合成尿素的功能。在肝小葉內(nèi)內(nèi)，一部分細(xì)胞與肝細(xì)胞板結(jié)合併轉(zhuǎn)化為成熟的肝細(xì)胞。57經(jīng)肝臟移植的大鼠沒(méi)有出現(xiàn)免疫排斥，並且，用幹細(xì)胞移植的大鼠的生存期，比沒(méi)有用幹細(xì)胞移植的大鼠延長(zhǎng)了150％。

Avital說(shuō)：“我們現(xiàn)有的工作，將在未來(lái)的6到8個(gè)月中有希望能爭(zhēng)取獲得FDA的支持進(jìn)而開始人類的試驗(yàn)?！?8伴有嚴(yán)重肺臟損害的紅斑狼瘡女患者可以獲得21個(gè)月癥狀緩解期

LaurieBarclay醫(yī)師2002年6月7日?qǐng)?bào)導(dǎo)：據(jù)《Arthritis&Rheumatism》雜誌6月份一項(xiàng)單個(gè)病例的報(bào)導(dǎo)，自體同源性血液幹細(xì)胞的移植，可以有效治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)。在移植CD34+細(xì)胞後進(jìn)行一段免疫抑制的治療後，一位伴有嚴(yán)重肺臟損傷且對(duì)藥物治療無(wú)效的女性患者，可以在21個(gè)月內(nèi)不用任何的藥物治療，而且肺臟和腎臟的功能得到了恢復(fù)。59造血干細(xì)胞移植治療白血病

造血干細(xì)胞移植泛指將各種來(lái)源的正常造血干細(xì)胞在患者（主要是白血?。┙邮艹瑒┝炕?放療后，通過(guò)靜脈輸注移植入受者體內(nèi)，以替代原有的病理性造血干細(xì)胞，從而使正常的造血與免疫功能得以重建。

60

16歲的白血病患者鄒夢(mèng)奇，度過(guò)了最難忘的３１天。在最艱難的治療時(shí)期，他從一位陌生人那里獲得了５０毫升造血干細(xì)胞的慷慨捐贈(zèng)，１９天后，這些神奇的細(xì)胞在他體內(nèi)“發(fā)了芽”，一度瀕臨枯萎的生命小樹終于又煥發(fā)了新綠。61

尋找胚胎以外干細(xì)胞的難點(diǎn)：從胚胎獲取干細(xì)胞為倫理所困擾，一些研究人員便把目光投向?qū)ふ遗咛ヒ酝獾母杉?xì)胞。不過(guò)世界有些國(guó)家報(bào)道說(shuō)，在人體各種器官組織中可以找到尚未分化發(fā)育，或未完全分化發(fā)育的干細(xì)胞，而且可以刺激它們分化發(fā)育。但是這樣的干細(xì)胞能否像胚胎干細(xì)胞一樣，在數(shù)量和分化發(fā)育質(zhì)量上都得到保證，還需要相當(dāng)?shù)难芯孔C明。62HowtoseparatestemcellsFACS:markersonstemcellMagneticseparation:markersonstemcellLabelingtechnolo