干细胞在临床医学中的应用

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1、干细胞在医学中的应用摘要： 干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的 多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发 育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell， ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)。干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各

2、种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。关键字：胰岛干细胞、神经组织细胞、皮肤干细胞、干细胞、脐血干细 胞、成人干细胞、骨髓干细胞、胚胎干细胞前言：干细胞即为起源细胞。简单来讲，它是一类具有多向分化潜能和自 我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类动物的各组织器官的原始 细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核 相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。干细胞可分 为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞(Embryonic stem cell )的发育等级较高，是全能干细胞(Totipotent stem cell )，而成体干细胞的发育等级较低

3、，是多能干细胞 或单能干细胞。据文献报导干细胞是一类具有自我更新和分化潜能并保持 未分化状态的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多 种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外 培养。最新研究发现，成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织， 为干细胞的广泛应用提供了基础。在胚胎的发生发育中，单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器 官。在成年动物中，正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修 复再生。胚胎的分化形成和成体组织的再生是干细胞进一步分化的结果。 胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成体组织或器官内的干细胞一般认为具有

4、组织特异性，只能分化成特定的细胞或 组织。然而，这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明，组织特异性干 细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更 广泛的空间。干细胞具有自我更新复制的能力(Self-renewing)，能够产生高度分化的功能细胞。1、干细胞的定义与分类干细胞即起源细胞，是指尚未发育成熟的细胞，它具有多分化潜能和自我复 制的功能。在特定条件下，可以分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官。 医学界期望能够用干细胞来修复那些坏损组织或器官，因此称其为“万能细 胞”。干细胞技术作为一种新兴的医疗技术，正逐渐展现出其诱人魅力，市场应 用前景非常广阔。干细胞根据其分

5、化潜能的大小，可以分为两类：全能干细胞和组织干细胞。 前者可以分化、发育成完整的动物个体，后者则是一种或多种组织器官的起源细 胞。人的胚胎干细胞可以发育成完整的人，所以属于全能干细胞。2、干细胞在医学上的应用干细胞研究的重大突破在于：19 9 8年，美国威斯康星大学的科学家成功 地在体外培养和扩增了人体胚胎干细胞，为利用干细胞治疗疾病提供了细胞来 源；1 9 9 9年，美国科学家发现小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化” 为血液细胞。随后科学家证实并发现，人类成体干细胞具有可塑性，为干细胞的 临床应用拓展了更为广阔的空间。1 9 9 9年，美国科学杂志推举干细胞为2 1世纪最重要的十项研究领

6、 域之一，且位居第一，领先于家喻户晓的“人类基因组测序”。2 0 0 0年，干 细胞再度入选科学评选的十大科技成就。2 0 0 1年年底科学又将其置 于2002年值得关注的六大热门科技领域之首。通过干细胞研究，人们相信，绝大多数疾病，包括神经性疾病、糖尿病、 慢性心脏疾病、肾脏病、肝脏疾病、癌症和艾滋病等，都可望借助干细胞技术得 到康复。同时利用干细胞及其产物细胞，还可以结合基因治疗、组织工程及药物 开发等进行医疗或研究应用。干细胞应用于临床治疗，最大的挑战在于稳定的细胞来源、足够的移植细胞 量，以及能维持细胞活性的保存技术。目前干细胞的分离、纯化与收集技术，可 说是取得治疗材料的关键，而生物

7、体外细胞工程与选殖、细胞株的增生培养，以 及治疗产品的制造，也都是此一治疗所需的重要相关技术。英国的胚胎干细胞库 的建立将为提供干细胞来源做出贡献。虽然目前干细胞产业仍处在萌芽阶段，但其应用前景十分广阔，蕴藏着巨大 商机。皮肤组织修复目前在组织工程中发展最快速，其相关产品为第一个取得美 国食品和药物管理局的批准并上市，人工皮肤可用来治疗皮肤溃疡、烧烫伤、手 术及美容等，目前所取的细胞来源有来自新生儿的包皮、或者病人本身的毛囊， 上市产品女口 AdvancedTissueSciences 公司的 DermagraftTC、Organogenesis 公 司的 Apligraf 及瑞士公司 Mod

8、exTherapeutics 的 EpiDexTM 等。骨髓移植手术可说是干细胞应用的一种，骨髓接受者先经化学及放射线治疗 后，再移植捐赠的骨髓，其中所含的干细胞，将会分裂分化，再重新组成骨髓内 的各种血液细胞，达到治疗的目的。硬骨再生的研发目前也非常炽热，主要分三个技术层：合成移植物、脱矿 骨基质(demineralizedbonematrix；可用来做骨组织工程所需的三度空间支架)、 及促进骨生成的蛋白质(bonemorphogenicproteins)。日本医学系佐佐木克典教授领导的研究小组，最近利用从美国威斯康星大学 进口的人体胚胎干细胞，经过一年多的努力，用10 0个人体胚胎干细胞成

9、功制 成了 8个能在培养皿中搏动的心肌细胞，其成功率高于美国研究小组。这在日本 国内还是第一次。日本庆应大学医学系冈野荣之教授领导的研究小组，最近用老 鼠胚胎干细胞生成因早老性痴呆症而丧失的脑神经细胞获得成功。据称，如果能 使这种细胞增殖，并提高其记忆机能，早老性痴呆症则有望治愈。干细胞的用途非常广泛，涉及到医学的多个领域。目前，科学家已经能够在 体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种 子”，培育出一些人的组织器官。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将 产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使 人能够用上自己的或他人的干细胞或由

10、干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换 自身病变的或衰老的组织器官。假如某位老年人能够使用上自己或他人婴幼儿时 期或者青年时期保存起来的干细胞及其衍生组织器官，那么，这位老年人的寿命 就可以得到明显的延长。美国科学杂志于1999年将干细胞研究列为世界十 大科学成就的第一，排在人类基因组测序和克隆技术之前。新加坡国立大学医院和中央医院通过脐带血干细胞移植手术，根治了一名因 家族遗传而患上严重的地中海贫血症的男童，这是世界上第一例移植非亲属的脐 带血干细胞而使患者痊愈的手术。医生们认为，脐带血干细胞移植手术并不复杂， 就像给患者输血一样。由于脐带血自身固有的特性，使得用脐带血干细胞进行移 植比用骨髓

11、进行移植更加有效。现在，利用造血干细胞移植技术已经逐渐成为治 疗白血病、各种恶性肿瘤放化疗后引起的造血系统和免疫系统功能障碍等疾病的 一种重要手段。科学家预言，用神经干细胞替代已被破坏的神经细胞，有望使因 脊髓损伤而瘫痪的病人重新站立起来；不久的将来，失明、帕金森氏综合症、艾 滋病、老年性痴呆、心肌梗塞和糖尿病等绝大多数疾病的患者，都可望借助干细 胞移植手术获得康复。同胚胎干细胞相比，成人身体上的干细胞只能发育成20多种组织器官，而 胚胎干细胞则能发育成几乎所有的组织器官。但是，如果从胚胎中提取干细胞， 胚胎就会死亡。因此，伦理道理问题就成为当前胚胎干细胞研究的最大问题之一。 美国政府明确反对

12、破坏新的胚胎以获取胚胎干细胞，美国众议院甚至提出全面禁 止胚胎干细胞克隆研究的法案。美国的一些科学家则对此提出了尖锐的批评，他 们认为，将干细胞用于医学研究，在减轻患者痛苦方面很有潜力。如果浪费这样 一个绝好的机会，结果将是悲剧性的。由于干细胞具有特定的分化潜能，表现其全能性、多能性和专能性， 近几年来世界各国科学家对干细胞的临床应用研究已取得很大的进展，现 举例如下：1、胚胎干细胞育出心脏组织以色列工学院最近宣布，科学家首次从胚胎干细胞中培养出人类心脏组 织。他们培育出的心脏组织，可以自然跳动，并且有新生心脏组织的电特 性和机械性。这项实验证明：以细胞移植治疗心脏病的可能性是巨大的。2、骨髓

13、干细胞育出肾脏组织英国科学家近日报道，他们已经用骨髓干细胞培育出了肾脏组织，这在 器官移植手术中是一个重大突破。3、成人干细胞治心梗德国医生近日宣布，他们使用病人自己的干细胞治疗心肌梗塞取得了可 喜的成果。4、脐血干细胞由干脐带血和胎盘含有大量的干细胞，而干细胞又具有极强的造血功 能，因而受到越来越多医生的重视和利用。1979年，医学界首次发现脐带血中含有恢复白血病患者造血功能的细胞。自1998年以来，从胎盘和脐带血中提取出来的血液已挽救了数百人的生命。5、皮肤干细胞我国研究人员已发现人体烧伤皮肤 原位处存在着皮肤干细胞，利用它在一定药剂调控下能使烧伤皮肤原位再生，修复如初，这是我国在皮肤干

14、细胞研究及其临床应用上的重大突破。6、神经组织细胞瑞典神经学家Bjorklund及其同事应用从流产胎儿脑中分离的神经组 织细胞，移植人患者的脑中来治疗帕金森症，经对术后10年的病人进行跟踪研究，发现移植的神经元仍然存活，并继续产生多巴胺，而且患者的症 状得到明显改善。7、胰岛干细胞美国佛罗里达大学教授Ramiya及其同事从尚未发病的糖尿病小鼠的胰 岛导管中分离出胰岛干细胞，并在体外诱导这些细胞分化成为产生胰岛素 的B细胞，移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对 照的小鼠死干糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。干细胞除了直接使用之外，将来还可能配合基因修饰，提供原有干细胞

15、不 具备的功能，或是运用培养技术，使其成为人造器官组织的来源。目前器官移 植来源有限，因此干细胞的潜力备受期待。另外，利用人类干细胞或其衍生的 组织、器官测试各种药物的药效、毒理特性，也会比用其他动物更能反映人体 状况，可能发展成为一种新的药物筛选模式。总结：以上例子表明，用干细胞治疗许多疑难病症、提供器官移植，以及康复、 保健、减轻老化、恢复青春活力等等广泛应用干临床已为期不远。整体来看，干细胞治疗现在仍受限于安全性及其治疗效果，还没有普遍应用。 若要利用干细胞进行研究与产品开发，仍需要熟悉细胞培养，了解细胞分化机 制,这有赖广泛的科学研究来提供相关理论基础。目前，越来越多的研究确认, 多能

16、成体干细胞具有高度应用价值。将来也许能避开胚胎干细胞研究引起的伦 理争论，并应用于细胞疗法、组织工程以及再生医学，带动干细胞产业的发展。参考文献:1 Stephen A Simple and efficient production of embryonic stem cell-embryo chimeras by coculture .1993 .2 Martin G Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells.1981.3 Evans M;Kaufman M Establishment in culture of pluripoten