资源描述：
《干细胞及干细胞生物工程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、干细胞及干细胞生物工程近年来在干细胞理论和技术研究方面取得了长足的进展。1999年12月,美国《科学》杂志把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评为20世纪世界科学进展的最重要领域。已经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的生命科学研究领域之一。1干细胞的概念干细胞(StemCell)是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期未分化细胞。在特定条件下,它可以分化成不同的功能细胞,形成多种细胞和器官。按其分化阶段不同,干细胞大致可分为胚胎和成体干细胞。干细胞的发现80年代,英国剑桥大学的Evans和Kaufman从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞
2、。1995年,美国Thomson从恒河猴胚囊中分离、克隆建立了第1个灵长类动物的胚胎干细胞系。1998年,Thomson又利用临床上自愿捐献的体外受精的胚胎内细胞团建立了人胚胎干细胞系。1.1胚胎干细胞胚胎干细胞又称全能干细胞。它是从胚胎细胞团中分离出来、能在体外培养的一种高度未分化细胞,是一种具有全能性或多向性分化潜能的细胞。其特点是能大量繁殖并保持未分化状态;在一定条件下能向内、中、外3个胚层组织和细胞分化;易于进行基因改造操作,注入囊胚后能广泛参与宿主胚胎各组织器官的生长发育,形成嵌合体;在体外培养扩增时,经遗传操作、选择和冻存,均不失其全能性;在不同生长条件下具有不同的
3、功能状态。1.2成体干细胞成体干细胞又称多能干细胞。它是指到了个体发育的一定阶段甚至成体仍有分化能力的部分细胞,它们负责组织的更新和修复。这类细胞有时还可向其它组织分化,称之为横向分化。例如肌肉细胞在一定条件下可以分化成为有增殖能力的骨髓细胞,血液前体细胞可以变为肌肉细胞,甚至长出肝细胞或脑细胞,故称其为多能干细胞,如多能造血干细胞等。其特点是可分化为特定组织,当组织受到外伤、老化、疾病等损伤时,这些干细胞就增殖分化,产生新的组织来代替它们,以保持机体的动态平衡;可横向分化为其它组织。成体干细胞横向分化的普遍性预测并阐明横向分化机制,就有可能利用病人自身健康组织的干细胞诱导分化
4、成病损组织的功能来治疗疾病。这样既可解决免疫排斥问题,又可避免胚胎细胞来源不足和社会伦理问题。目前研究的成体干细胞主要有造血干细胞、角膜缘干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞、脂肪干细胞和胰腺干细胞等。2干细胞生物工程及其意义干细胞生物工程是指在体外对干细胞进行操作,包括体外增殖,定向诱导,横向分化,基因修饰和组织成形等。干细胞生物工程科学价值在于其诱人的应用前景,用细胞技术治疗疾病将是未来医学发展的方向已从干细胞中培养出血液、内皮、心肌、骨、软骨、肌腱、神经细胞等。2.1特异性分化细胞系的建立胚胎干细胞可形成生物个体的所有组织细胞。人们正致力于人类胚胎干细胞的识别、分离、体外培养扩
5、增与分化诱导工作。目前的研究表明,人类胚胎干细胞可在体外诱导为造血干细胞、神经干细胞和心肌干细胞等。2.2组织和器官培养在适当控制的条件下,胚胎干细胞有可能在体外培养体系中形成各种人体组织甚至人体器官。如果这一目标得以实现,将使临床上器官移植所面临的器官来源紧缺以及免疫排斥等棘手问题得以解决。现已可能在体外诱导形成肌肉、骨、软骨、韧带、肌腱以及脂肪组织等。同时,人们正致力于利用胚胎干细胞来制备肺和肾等人体器官。2.3基因治疗研究胚胎干细胞也可能与基因治疗技术结合起来,治疗某些遗传性疾病。由于蛋白质只能作用于细胞表面分子而发生作用;而且基因治疗常有依赖病毒序列作为基因载体的弊病,
6、因此限制了“分子治疗”的应用。干细胞具有自我扩增和分化功能,因此导入的“外源基因”可以有效地得以扩散;干细胞可以在体外进行操作,对基因的改造和修饰可以在体外完成并经筛选后再导入体内,避免由于基因插入而导致的细胞失常;干细胞是人体细胞,作为载体其毒性最小,而且作为生命的最小单元,是导入组织的最佳形式。2.4基因调控、定向诱导和横向分化定向诱导是指在体外把胚胎干细胞定向诱导分化为成熟的功能细胞而横向分化则是把一种组织的成体干细胞诱导分化成另一种组织的“干细胞”或功能细胞。不论定向诱导还是横向分化,它们的共同基础就是干细胞基因表达的调控。目前研究基本上都是实验现象的观察,对其机制还缺
7、乏了解,更不用说在体外进行完全的定向诱导和横向分化。因此,必须对干细胞发育的分子调控机制做深入的探讨。干细胞生物工程是21世纪的一个热点领域干细胞可为组织工程研究提供良好的种子细胞,深入研究多能干细胞的分化机制、建立体外三维立体培养条件及开发可在体内应用的新型生物材料、在体外构建不同的组织器官用于临床是干细胞生物工程研究的核心。干细胞生物工程的研究还处在一个初始阶段,特别是许多理论问题尚未阐明;技术上所面临的困难和障碍也很多,如细胞的来源、培养细胞的方法、诱导生长以及组织和器官的三维结构重建
