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1、干细胞技术争辩进展与应用中国长春2022 年 7 月东北师范大学细胞工程论文干细胞技术争辩进展与应用摘要：干细胞技术是生物技术领域最具有进展前景和后劲的前沿技术，其已成为世界高技术的亮点，势将导致一场医学和生物学革命。干细胞技术最显著的作用就是：能再造一种全的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官。人们可以用自身或他人的干细胞和干细胞衍生组织、器官替代病变或年轻的组织、器官，并可以广泛用于治疗传统医学方法难以医治的多种顽症，诸如白血病、早老性痴呆、帕金森氏病、糖尿病、中风和脊柱损伤等。从理论上说，应用干细胞技术能治疗各种疾病，且其较很多传统治疗方法具有无可比较的优点。关键词：干细胞技术；胚胎干细
2、胞；成体干细胞；iPS 细胞1 引言干细胞存在于人体的各个组织，分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的根底；而成体干细胞的进一步分化则是成年动物组织和 器官修复再生的根底。干细胞技术，又称为再生医疗技术，是指通过对于干细胞进 行分别、体外培育、定向诱导、甚至基因修饰等过程，在体外繁育出全的、正常 的甚至更年轻的细胞、组织或器官，并最终通过细胞组织或器官的移植实现对临床 疾病的治疗。干细胞技术在医学和农业上有巨大的应用潜力，在2022年被Science杂志列为世界十大科技进展之首，2022年再度入选世界十大科技进展。2 干细胞技术的争辩进展2.1 干细胞技术的根本原理和
3、方法干细胞技术的根本原理是利用干细胞的可塑性。胚胎干细胞是最原始的细胞， 它具有与胚胎细胞相像的形态特征及分化潜能。在饲养层上或含有白血病抑制因子或分化抑制因子的培育基中培育时保持未分化状态，但在适当条件下可被诱导化。在这种细胞注入受体胚胎时，能参与各种组织器官发育，形成嵌合体。正是由于这些特征，胚胎干细胞具有分化为一切细胞的潜能。多能干细胞和专能干细胞也具有分化为相应细胞的力气。要获得所需的各级细胞，首先是干细胞的分别、猎取，在适宜的条件下进展培育，然后诱导分化为目的细胞。1胚胎干细胞ESC)技术的根本方法1：胚胎干细胞争辩应用的第一步是建立体外胚胎干细胞系。有两种方法，其一是来自受精卵的精
4、卵细胞体外受精，在囊胚期 取内部的愈伤组织于培育基中培育，经干细胞克隆可分别分化为心肌、血液、神经、骨髓、皮肤等干细胞。其二是体细胞核移植技术，通过该技术将其体细胞的细胞核 显微注射至去核的人卵细胞中，这种包含与供体完全一样遗传物质的复合卵细胞在 体外培育发育成胚胎。成体干细胞ASC)技术的根本方法2：对ASC的争辩还只是初级阶段,除造血干细胞外,分别、提纯极微量的其它组织的ASC技术问题尚未完全解决。骨髓ASC间充质干细胞(MSC)的分别,目前最常用的方法是将骨髓细胞进展密度梯度离心分别,收集低密度细胞层接种于MSC标准培育液中57d后观看到有梭形细胞粘附于塑料培育板外表,这就是MSC通过换
5、液除去未贴壁细胞后进展传代培育,接近融合的细胞可用胰酶消化。3 干细胞技术的应用3.1 干细胞技术在水生动物领域的应用鱼类胚胎干细胞的培育争辩已经从小型模式种类如青鳉和斑马鱼扩大到养殖种类。Chen等3从海水养殖鲈鱼Lateolabrax japoniucs )囊胚期受精卵获得干细胞并建成一个多能细胞系(LJES1)，该争辩显示, 通过培育的胚胎干细胞进展遗传操作进而培育鱼类品种具有宽阔前景。硬骨鱼类成体视网膜对争辩脊椎动物中枢神经系统持续的和损伤诱导的神经发生是一个重要的模型。大量证据说明那些为视网膜边缘和视干细胞供给神经元的祖细胞就来自多能干细胞而且在视网膜中与 生长关联的神经发生的行为局
6、部是由生长激素/胰岛素样生长因子-I轴调整的。海洋扁形动物(neoblasts)干细胞是多能的(很可能是全能的)未分化细胞在成体生活期间具有增殖力气全部的体细胞和生殖细胞都来自干细胞。用胸腺嘧啶脱氧核苷类似物5-溴-2-脱氧尿苷BrdU)Macrostomum sp.S-期细胞,觉察S-期细胞就是neoblasts,分布于身体两侧的带状区域而身体中轴线四周和眼前部区域没有 标记细胞。这一结果与用抗磷酸化组蛋白H3抗体显示有丝分裂细胞的分布是全都 的。BrdU标记还说明上皮细胞的更格外频繁。在海绵动物干细胞的争辩中, 使用了来自Suberites domuncula切碎的约1mm3小块组织(pr
7、immorphs), 培育在有或形态发生因子无硅酸盐和三价铁离子的培育基中(RPMI 1640/seawater)。在primmorphs中觉察2个编码基因,他们编码的蛋白质消灭于高等后生动物的干细胞。一个是noggin基因,在两栖类组织者消灭；另一个基因编码间质干细胞样蛋白。在有硅酸盐和三价铁离子的培育基中，primmorphs中noggin的表达显著上调,而后者表达被抑制。干细胞技术能够渗透进海洋动物争辩的很多方面。将胚胎干细胞技术与基因打靶技术结合起来可对基因组进展定点操作,从而获得遗传改进的水产养殖品种。 假设把海洋药用动物的干细胞大规模培育后定向分化为可分泌活性物质的功能细胞, 则可
8、解决目前困扰世界海洋生物制药产业的瓶颈海洋药源生物严峻缺乏的问题。假设把高级食用水产动物的干细胞扩增后分化为具有特别风味的细胞则可作为食品添 加剂。可以估量,干细胞理论和技术将极大地推动水生生物学诸多领域的进展, 具有重要的理论和实践意义。43.2 干细胞技术在运动医学领域的应用3.2.1 利用干细胞技术治疗运动骨关节、肌肉损伤争辩说明,成体骨髓储存着两类不同的干细胞:造血干细胞(haematopoietic stem cell)与基质干细胞(stromal stem cell)。前者是血细胞与破骨细胞的起源, 后者则是成骨细胞的祖先。基质干细胞具有向多种组织细胞类型分化的力气。基质干细胞参与
9、体内骨重建,这在动物模型上已获得充分的证据。顾祖超等5承受骨髓 穿刺、密度梯度离心法猎取兔骨髓基质细胞,经体外诱导分化,接种到聚磷酸钙纤维/ L-聚乳酸/胶原支架材料上, 植入自体尺骨中下段1.5 cm长的骨膜骨缺损区,结果术后4周缺损区为生骨样组织充填,血循环丰富,12周时形态构造己接近正常骨组 织；随修复时间延长, 修复组织的力学性能渐渐增加。应用干细胞技术无疑拓展了组织再生与修复争辩的领域,为运动骨关节损伤组织再生、修复制造途径。同 样,将骨骼肌卫星细胞迁移到损伤组织,可以促进肌组织再生和修复的过程而治疗 骨骼肌损伤。3.2.2 利用干细胞技术治疗脊髓损伤利用干细胞技术治疗脊髓损伤利用神
10、经干细胞作为治疗脊髓损伤的策略是近 年来争辩的热点之一。神经干细胞的觉察为神经发育争辩、神经系统功能重建和神经再生供给了思路。近年争辩说明体内移植神经干细胞在修复和治疗损伤的中枢神经及退行性疾病等方面有潜在的应用价值。就目前的技术水平而言移植可能是修复受损中枢神经系统更为可行的途径。Christopher6争辩觉察神经干细胞移植到中枢神经系统后仍可增殖并分化成具有 适当表型的神经细胞。目前已有胚胎干细胞或胚胎神经干细胞移植治疗脊髓撞击伤的成功报道。3.2.3 利用干细胞技术治疗心肌损伤利用干细胞技术治疗心肌损伤目前利用干细胞技术治疗心肌损伤主要集中在 骨髓、骨骼肌和血液来源的干细胞。Anver
11、sa7将小鼠骨髓中Lin-/c-kiL细胞注射入心肌堵塞小鼠后,结果觉察移植细胞占梗死心肌的68%, 并且形成了心肌细胞和血管组织, 心脏功能有33%的改善。干细胞发动治疗以其便利、无创、易开展的特性将为缺血损伤的心肌治疗带来的期望, 并抑制了开胸手术带来的创伤及风险。此疗法的机制说明和推广应用也将为组织再生治疗开拓的前景。这项重大争辩成果为治疗过度训练导致心肌坏死和心肌缺血造成的损伤供给了一条思路。3.3 诱导性多潜能干细胞在临床的应用诱导性多潜能干细胞iPS为争辩临床疾病的发病机制、 觉察药物和治疗方法以及开展共性化治疗方面供给了重要的技术支撑。制备疾病特异性干细胞长期以来都是再生医学领域
12、的目标,而iPS 细胞的消灭使得该目标变成了一项常规操作,当前有大量报道将各种患者来源的细胞诱导成iPS 细胞,其中神经系统疾病包括帕金森病( PD)、 亨廷顿症( HD)、 肌萎缩侧索硬化症( ALS)、 脊髓性肌萎缩( SMA)、 唐氏综合征等,血液系统疾病包括范可尼贫血、 腺苷脱氨酶严峻复合型免疫缺乏症( ADA-SCAD)、 镰刀细胞型贫血、 - 地中海贫血等,代谢系统疾病包括1 型糖尿病、III 型高雪氏病( GD) 等。这些细胞模型为深入争辩疾病的发病机制、 体外药物筛选、 治疗效果评价方面供给了一个格外有用的技术平台。此外,在细胞替代治疗方面,iPS 细胞由于不存在异体移植免疫排
13、斥以及后续必需应用抗排斥反响药物的问题,具有宽阔的临床应用前景。通过诱导iPS 细胞定向分化,然后将细胞移植到特定部位发挥作用,用于治疗疾病。83.4 干细胞技术在治疗其他疾病的应用干细胞还可以治疗糖尿病、白血病等。干细胞除了直接使用之外，将来还可能协作基因修饰，供给原有干细胞不具备的功能，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盼。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，可能进展成为一种的药物筛选模式。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
14、术。目前干细胞的分别、纯化与收集技术，可以说是取得治疗材料的关键，而生物体外细胞工程与选殖、细胞株的增生培育，以及治疗产品的制造，都是此一治疗所需的重要相关技术。4 小结虽然干细胞技术有着迷人的前景，但其要应用于临床还要面临很多问题。首先是技术上的问题，例如如何抑制免疫排斥反响，体外把握干细胞分化方向技术尚未完全成功。还有就是对于胚胎干细胞应用时的道德伦理问题，争辩不休。假设能正确引导，干细胞技术将推动生物医学深刻的革命，给人类带来更多的福音。参考文献1 田振军，王友华. 干细胞技术及其在运动医学领域中的应用与展望. 北京体育大学学报, 2022.2 温宏升.胚胎干细胞、成体干细胞的根底争辩及
15、应用J. 国外医学生物医学工程分册, 2022,27(3):157-160.3 Chen S-L, Sha Z-X, Ye H-Q. Establishment of a pluripotent embryonic cell line from sea perch(Lareolabrax japonicus)embryosJ. Aquaculture, 2022,218:141-151.4 金刚等.干细胞技术进展及其在海洋动物争辩中的应用展望. 争辩综述， yan1000-3096(2022)12-0088-04.5 顾祖超等. 自体骨髓基质细胞复合支架材料修复兔尺骨干节段骨缺损的试验究J.中华创伤骨科杂志, 2022,6(6):651-656.6 Christopher I, et al. Neural stem cell transplantation in the repair of spinal cord injuryJ.Prog Nat Sci 2
